收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型钴基钙钛矿阴极材料及在中温固体氧化物燃料电池中的应用

朱成军  
【摘要】: 高性能的阴极是发展中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)技术的关键之一,开发具有高催化活性的新型阴极材料以降低阴极的极化损失对于提高IT-SOFCs电输出性能具有重要的实际意义。本文以电子-离子混合导电(MIEC)阴极材料和复合阴极材料作为主要研究对象,意在研制具有高催化活性,与相邻材料有良好的相容性和稳定性,适合IT-SOFCs使用的阴极材料。对Pr_(0.7)Sr_(0.3)Co_(1-y)Cu_yO_(3-δ)阴极、双钙钛矿PrBaCo_2O_(5+δ) (PBCO)阴极和BaCo_(0.7)Fe_(0.3-y)Nb_yO_(3-δ) (BCFNy)三种新型阴极及其复合阴极材料进行了系统地研究,研究了它们作为IT-SOFCs阴极材料的性能,取得了良好的实验结果。 首先,采用溶胶-凝胶法制备了Pr_(0.7)Sr_(0.3)Co_(1-y)Cu_yO_(3-δ)阴极材料,并研究了Cu掺杂对材料电化学性能的影响。适量的Cu对Co的替代降低了样品的热膨胀系数,减少了阴极过电位,提高了阴极的电化学性能。Cu掺杂量y=0.10的样品(PSCC)具有最低的极化过电位。以PSCC为阴极,单电池在700oC的最大输出功率密度为406mWcm-2。为了进一步促进PSCC的电化学性能,将SDC电解质粉末掺入到PSCC中,发现SDC的掺入明显地拓展了三相界面长度,有效地促进了阴极电化学性能。当掺入SDC质量分数为35%时,阴极具有最小的极化过电位和最低的界面极化电阻(Rp)。在700oC,Rp仅为0.137 - cm2,这比纯PSCC的Rp (0.282 - cm2)低很多;单电池的最大输出功率为615 mW/cm2。 A-位有序化的双钙钛矿PrBaCo_2O_(5+δ)(PBCO)阴极,由于其在低温具有迅速的氧离子扩散和快的氧交换动力学,成为IT-SOFCs阴极研究的热点。研究发现:将PBCO阴极制备在SDC电解质上,在950oC的烧结温度下,阴极具有最小的Rp,在700oC时,Rp为0.164 -cm2;其单电池在650oC的最大输出功率密度达到了866 mW/cm2;这比报道的以Sm0.5Sr0.5CoO3-δ为阴极电池性能好很多。尽管PBCO阴极对氧的活化和迁移表现出高的活性,但单一材料的阴极往往无法同时满足IT-SOFCs对阴极的高电子电导率和高离子电导率的要求。SDC加入到PBCO阴极中能增加阴极的离子电导率,降低了阴极的Rp。当SDC的含量达到30wt%时,复合阴极具有最小的Rp。在750oC时,其Rp仅为0.0353 -cm2,这比纯PBCO阴极的Rp降低了约71%。 为了寻求催化性能高的阴极材料,我们首次将应用于透氧膜材料的BaCo_(0.7)Fe_(0.3-y)Nb_yO_(3-δ)(BCFNy, y=0.00–0.12)作为SOFCs阴极材料进行研究。研究发现,Nb在B-位掺杂促进了BCFNy材料从六方结构(y=0.00)到立方结构(y=0.04-0.12)的转变。当Nb的掺杂量为0.10时,阴极具有最好的电化学性能:Rp最小,在700oC,其Rp值仅为0.0211 -cm2。这比报道的BSCF阴极的Rp值(0.0423 - cm2)小很多。以BCFN0.10为阴极的单电池最大功率密度在750°C达到了820 mWcm-2。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭友斌;杨勇;陆丽华;施庆乐;张华;金江;;双钙钛矿阴极材料SmBaCo_2O_(5+δ)的甘氨酸-硝酸盐法合成及性能[J];硅酸盐学报;2010年07期
2 缪凯;牛晓飞;金绍维;;中低温固态氧化物燃料电池复合阴极材料的研究进展[J];宿州学院学报;2009年02期
3 黄守国;彭春球;夏长荣;;Gd_(0.8)Sr_(0.2)CoO_3-Sm_(0.2)Ce_(0.80)O_(1.9)复合阴极制备及性能研究[J];功能材料;2006年01期
4 郝家勇;孙凡;刘玉星;;复合阳极NiO-SDC+LSGM的性能研究[J];电源技术;2008年01期
5 李强;薛兆辉;赵辉;霍丽华;;新型固体氧化物燃料电池阴极材料Ca_(2-x)Sr_xFe_2O_5的电化学性能研究[J];无机化学学报;2009年08期
6 黄守国,夏长荣,张学斌,孟广耀;Gd_(0.8)Sr_(0.2)CoO_3阴极的甘氨酸-硝酸盐法制备及性能研究[J];稀有金属材料与工程;2005年10期
7 孙凡;刘瑞泉;王吉德;郝家勇;丁琳;;天然气燃料电池中双层阳极Ni-SDC的性能[J];电源技术;2007年06期
8 钟理;Chuang Kar;;硫化氢燃料电池的无机质子传导膜与MEA制备和性能(英文)[J];无机化学学报;2007年11期
9 杨晓蓉;孙凡;;BaCe_(0.8)M_(0.2)O_(29)(M=Y、Gd、Sm)电解质在中、低温天然气燃料电池中的性能研究[J];新疆师范大学学报(自然科学版);2008年03期
10 方亮;刘瑞泉;;天然气和甲烷固体氧化物燃料电池中的Ni-LCCM-GDC阳极性能研究[J];无机化学学报;2010年05期
11 邬理伟;郑颖平;孙岳明;;固体氧化物燃料电池复合阴极研究进展[J];电池工业;2010年01期
12 张瀚;夏长荣;;中温固体氧化物燃料电池的纳米LSM-SDC复合阴极[J];无机化学学报;2010年10期
13 吴艳,王要武,彭冉冉,张萍,杨立寨,毛宗强;中低温SOFC钙钛矿型阴极材料的研究进展[J];电池;2005年05期
14 尹艳红;李少玉;杨书廷;夏长荣;孟广耀;;采用碳氢燃料的SOFC阳极的研究进展[J];电池;2006年02期
15 罗凌虹;侯冰雪;吴也凡;王程程;程亮;石纪军;廖花妹;;石墨含量对流延制备IT-SOFC电化学性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期
16 谭文轶;钟秦;;阳极负载型H_2S中温固体氧化物燃料电池电输出性能[J];硅酸盐学报;2006年08期
17 吕世权;龙国徽;孟祥伟;纪媛;王小敏;孙翠翠;;钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料[J];电源技术;2010年07期
18 石平;程继贵;董洁;何海根;;La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3–δ)–Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)复合阴极的制备及性能表征[J];硅酸盐学报;2010年10期
19 张小林;盛建军;李双保;林峰;;钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展[J];广东化工;2008年11期
20 曹悦;顾海涛;陈涵;郑益锋;周明;郭露村;;中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_(2-x)Sr_xCoO_(4+δ)的制备及性能研究[J];无机材料学报;2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 查少武;高建峰;陈西林;彭定坤;孟广耀;;镓酸镧基固体电解质的凝胶浇注法制备及其电化学性能研究[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
2 吕喆;李艳;苗继鹏;李长玉;沙雪清;苏文辉;;制备工艺对Ag+Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3复合SOFC阴极材料性能的影响[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集稀土专辑[C];2004年
3 李强;赵辉;霍丽华;;复合阴极材料La_(1.6)Sr_(0.4)NiO_4-Ag的电化学性能[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年
4 李冬梅;;纳米氧化铜粉体的制备及其电化学性能研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
5 徐悦斌;钟胜奎;张倩;;Ti掺杂LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的制备及电化学性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
6 张法亮;罗永春;阎汝煦;康龙;陈剑虹;;La_(2-x)Mg_xNi_(7.0)(x=0.4,0.5,0.6,0.7,0.8)贮氢合金结构和电化学性能的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
7 黄莎华;温兆银;朱修剑;顾中华;;Li_(3.608)Al_(0.085)Ti_5O_(11.932)的制备和电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
8 张建;张瑶;韩学武;夏保佳;;锂离子电池正极材料Li_(1+x)Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2的电化学性能[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
9 姚之晓;赵东林;沈曾民;;沥青基活性碳纤维的制备及其电化学性能研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
10 周天祥;周双莉;邹武俊;莫珊珊;夏南南;袁定胜;;球形富氮炭材料的制备及其电化学性能[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱成军;新型钴基钙钛矿阴极材料及在中温固体氧化物燃料电池中的应用[D];吉林大学;2009年
2 梁凤丽;固体氧化物燃料电池Pd-YSZ阴极及其性能优化[D];华中科技大学;2009年
3 王振卫;ScSZ电解质及其在IT-SOFCs中的应用[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
4 刘永锋;La-Mg-Ni-Co系贮氢电极合金的相结构及电化学性能研究[D];浙江大学;2005年
5 李嵩;多元合金化对Zr基Laves相贮氢合金相结构和电化学性能的影响[D];大连海事大学;2004年
6 杜嬛;天然植物基多孔炭材料的制备及其电化学性能研究[D];天津大学;2009年
7 朱云峰;钛钒基贮氢电极合金结构和电化学性能研究[D];浙江大学;2003年
8 路艳罗;超分子结构层状锂锰氧化物的组装及其电化学性能研究[D];北京化工大学;2005年
9 王国光;锂离子二次电池正极材料LiMn_2O_4的制备、结构和电化学性能研究[D];浙江大学;2005年
10 胡伟跃;锂离子电池非水电解液的行为研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张继东;新型复合阴极和薄膜电解质对氧化铈基电解质中温固体氧化物燃料电池性能的改善[D];吉林大学;2005年
2 蒋秋妹;质子传导型固体氧化物燃料电池电解质和复合阴极材料的制备及其性能研究[D];合肥工业大学;2012年
3 李芳红;稀土系过化学计量比储氢电极合金的相结构及电化学性能研究[D];兰州理工大学;2003年
4 万俊杰;醌胺聚合物的合成及其电化学性能的研究[D];中南大学;2004年
5 倪江锋;掺杂磷酸铁锂的合成与性能研究[D];湘潭大学;2004年
6 岳远见;Zr、Ti替代La对La-Mg-Ni-Co系贮氢电极合金结构及电化学性能的影响[D];浙江大学;2005年
7 张绪玉;AB_3型La_(0.67)Mg_(0.33)Ni_(3.0-x)M_x系贮氢合金的相结构与电化学性能研究[D];兰州理工大学;2005年
8 滕鑫;混合稀土La-Mg-Ni系PuNi_3型贮氢合金结构和电化学性能的研究[D];兰州理工大学;2005年
9 陈伟东;组元比例Ml:Mm对贮氢合金PCT特性及电化学性能的影响[D];内蒙古工业大学;2005年
10 付春艳;无钕稀土系AB_5型贮氢合金成分与低温电化学性能研究[D];四川大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 查少武 杨蔚光 夏长荣 孟广耀;21世纪的绿色能源——固体氧化物燃料电池[N];科技日报;2000年
2 徐莅 新疆昊鑫锂盐开发有限公司;稀土和钴掺杂锰酸锂的电化学性能研究[N];新疆科技报(汉);2011年
3 孙士堂 史广忠 张凤鑫;银光镁业科技创新变废为宝[N];中国有色金属报;2006年
4 记者 吕贤如;我国锰酸锂电池开发取得突破[N];光明日报;2005年
5 袁文;锂离子电池正极材料规模化生产[N];科技日报;2005年
6 记者 赵凤华;氧化镍钴锰锂电池产业化项目获奖[N];科技日报;2008年
7 本报记者 祁晓玲;3~5年电动汽车与轿车将有一搏[N];中国机电日报;2002年
8 王新佳;我国锂离子电池研制实现突破[N];中国高新技术产业导报;2005年
9 太原理工大学洁净化工研究所 郝晓刚 孙彦平;燃料电池 21世纪的清洁发电技术[N];山西经济日报;2002年
10 于丽华 李殿卿;稀奥科D型镍氢动力电池项目通过鉴定[N];中国有色金属报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978