钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展
中温固体氧化物燃料电池sdc电解质的制备及其与金属的封接研究
中温固体氧化物燃料电池sdc电解质的制备及其与金属的
封接研究
本研究旨在制备中温固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，SOFC)的电解质材料——氧化钙稀土钇钙钛矿(SDC)，并研究其与金属的封接性能。
首先，我们采用传统固相反应的方法制备了纯度高达99.9%的SDC粉末。
随后，我们以SDC为基础制备了电解质材料，并对其进行了结构和电学性质的表征。
结果表明，制备的SDC电解质具有良好的稳定性、导电性和氧离子传输性能，且在中温范围内具有较高的电化学性能。
接下来，我们研究了SDC与金属的封接性能。
实验中，我们采用了不同的金属材料，如Ni、Cu、Ag和Au，以及不同的封接工艺，如高温烧结、等离子体喷涂和压力焊接等。
通过对封接界面的显微结构和封接接触角的测试，我们发现SDC与金属的封接性能受金属表面状态、封接温度和压力等因素的影响较大。
在一定的封接条件下，我们成功地制备了SDC与金属的稳定封接界面，并获得了良好的电化学性能和机械性能。
综上所述，本研究成功地制备了SDC电解质材料，并研究了其与金属的封接性能，为SOFC的实际应用提供了一定的理论和实验基础。
- 1 -。
钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料
钙钛矿型固体氧化物燃料电池阴极材料吕世权;龙国徽;孟祥伟;纪媛;王小敏;孙翠翠【摘要】固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种高效、洁净的化学电源已经受到各国的重视.钙钛矿型复合氧化物由于其较高的混合导电性和较好的催化活性而被越来越广泛地应用于SOFCs的阴极材料中.对钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的最新研究进展进行了较为全面的综述,从阴极的设计要求出发,着重比较了A1-xSrxCoO3(A=La,Sm,Dy等稀土元素)系列、A1-xSrxCo1-yFeyO3-δ、SrScxCo1-xO3-δ系列和双钙钛矿系列阴极材料的稳定性、电导率以及电催化活性,指出了其不足,并对其应用前景进行了展望.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2010(034)007【总页数】4页(P734-737)【关键词】固体氧化物燃料电池;钙钛矿;阴极材料【作者】吕世权;龙国徽;孟祥伟;纪媛;王小敏;孙翠翠【作者单位】吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023;吉林大学,物理学院,吉林,长春,130023【正文语种】中文【中图分类】TM911.4固体氧化物燃料电池(SOFC)具有能源的综合利用率高，运行无污染等突出优点，是一种极具发展前景的新型能源转化系统[1-3]。
SOFC的中低温化可以大大降低其制造成本，提高其操作寿命，这样既保持传统SOFC的突出优点，又可避免因工作温度过高而带来的一系列问题，因而是当前SOFC的研究热点[4]。
然而随着运行温度的降低，SOFC的工作性能出现显著的劣化，这主要是因为工作温度的降低使电解质的欧姆极化损失以及电极的活化极化损失增加，从而严重地影响了电池的性能[5]。
我们知道阴极材料是SOFC的重要组件，其欧姆损失在整个SOFC的欧姆损失中约占65%。
《2024年铁基钙钛矿阴极及其异质复合氧化物电解质材料的制备与性能》范文
《铁基钙钛矿阴极及其异质复合氧化物电解质材料的制备与性能》篇一一、引言近年来，随着清洁能源的开发和利用，高效稳定的电化学储能系统得到了广泛的关注和研究。
铁基钙钛矿作为一种新型的电极材料，具有优良的催化活性和稳定的结构性能，成为目前研究领域的热点之一。
其阴极材料和相应的异质复合氧化物电解质材料是决定电池性能的关键因素。
因此，本篇范文将着重讨论铁基钙钛矿阴极及其异质复合氧化物电解质材料的制备与性能研究。
二、铁基钙钛矿阴极的制备与性能研究1. 制备方法铁基钙钛矿阴极的制备通常采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、固相反应法等方法。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、反应温度低等优点被广泛应用。
具体步骤包括：首先将原料溶解在有机溶剂中形成均匀的溶液，然后通过凝胶化过程形成干凝胶，最后经过高温处理得到钙钛矿相。
2. 性能研究铁基钙钛矿阴极的电化学性能主要表现在其催化活性、循环稳定性等方面。
实验结果表明，铁基钙钛矿阴极具有较高的催化活性，能够有效地降低电池的极化现象。
此外，其良好的循环稳定性也使得其在长时间运行过程中保持较高的性能。
三、异质复合氧化物电解质材料的制备与性能研究1. 制备方法异质复合氧化物电解质材料通常采用共混法、静电纺丝法、熔融盐法等方法进行制备。
其中，共混法操作简便，可通过改变组分比例和煅烧温度调控材料的结构与性能。
该方法首先将各种氧化物按一定比例混合，再经过球磨、干燥、煅烧等步骤得到所需的电解质材料。
2. 性能研究异质复合氧化物电解质材料的主要性能包括离子电导率、电化学稳定性等。
研究表明，该类材料具有较高的离子电导率和良好的电化学稳定性，能够在一定程度上提高电池的能量密度和运行效率。
此外，其优秀的机械性能也有助于提高电池的抗冲击能力和使用寿命。
四、结论通过对铁基钙钛矿阴极及其异质复合氧化物电解质材料的制备与性能研究，我们可以得出以下结论：1. 铁基钙钛矿阴极具有较高的催化活性和稳定的结构性能，能够有效地降低电池的极化现象并提高电池的性能。
钙钛矿型氧化物Ln0.5Sr0.5CoO3的制备与电输运性能
（ ９ ９ ％ ） Ｅ ２ ３９ ．９ ，ＳＣ ３ ９ ％） ｏＯ ９ ．９ ， ｕＯ （ ９ ９ ％） ｒ Ｏ （ ９ ，Ｃ ２ ３
（９ 按所需要 的摩尔 比称取 ， 分混合后加 入 ９ ％） 充 无水乙醇在玛瑙研钵 中充 分研磨。把研磨好 的粉
料 分别 以 ３０ ０ ， ０ ，９０ ００和 １０ ０ ，５０ ７０ ０ ，１５ ２０℃ 的
＝
图 １ Ｌｌ５ｒ５ｏ ３ 品在 １０ 煅 烧 ２ 为 Ｉ． ｏＣ Ｏ 样 ０Ｓ ２０ｏ Ｃ ４ｈ
Ｌ ，Ｐ，Ｎ ， ｍ，Ｅ ） 列 材料 的钙钛 矿结 构 的 ａ ｒ ｄ Ｓ ｕ系
的 Ｘ Ｄ谱图 ， Ｒ 通过 Ｘ Ｄ谱图分析表明合成的 Ｌ 。 Ｒ ｎ．
Ｓ ｏ５Ｃ Ｏ （ｎ＝Ｌ ，Ｐ ， ｄ ｍ， ｕ 均 为正 交 的钙 ｒ ｏ ３Ｌ ａ ｒ Ｎ ，Ｓ Ｅ ）
相。 样品 电导率在 ７ ０ｏ 附近出现最大值 ， ０ Ｃ 低温段的导电行为符合小极化子导电机制 ， ａ Ｓ ｏ ， Ｌ ０ ｒ ５ Ｏ 材料 的电导率在 中温范 围内最大 ， ｏＣ 适合
作为中温 固体燃料电池的阴极材料 。
关键词 ： ｎ ｒ Ｃ Ｏ ； Ｌ ｏｓ０ ｏ ３ 钙钛矿型氧化物 ；电输运 ； ５ 平均 晶粒 度 ； 稀土 中图分类号 ： ４ ．４ ６６ ５ １ 文 献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：１０ ４ ４ （０６ ０ ４ ３ —０ ００— ３ ３２ ０ ）４—０ ８ ４
钙 钛 矿 型 氧 化 物 Ｌ ０ Ｓ０ Ｃ Ｏ３的 制备 与 电输 运 性 能 ｎ． ｒ． ｏ ５ ５
朱志强 ，丁铁柱 ， 赵 倩 ，张利文 ， 王 强
（ 内蒙古 大学理 工 学院 物理 系，内蒙古 呼和 浩特 ０ ０２ ） １０ １
摘要 ： 采用固相反应法合成钙钛矿氧化物材料 Ｌ０Ｓ ｏ３Ｌ ； ａ Ｐ， ｄ Ｓ Ｅ ） ｎ ５ｒ５ Ｏ （ｎ Ｌ ， ｒ Ｎ ， ｍ， ｕ 的超细粉体 ， ｏＣ 研究 了不 同稀土元素掺杂时的晶体结构 和电输 运性能 ， 分析 了该钙钛矿体系结构的形成过程 。 实验表明 ， 当烧结温度达到 １０ ２０℃时 ， 过固相反应法可 以形成稳定 的单一的钙钛矿 通
中低温固体氧化物燃料电池陶瓷阴极材料
摘要
综述 了中低 温 田体氧化 物燃 料 电
（ＯＦ 陶瓷 阴极材料 的研究和发展动态 ， Ｓ Ｃ） 以厦 当前应 用中卉在 的主
喜 问 题 些 陶 瓷材 料 包括 Ａ ＲｕＯ 陶 瓷 、 有 钙铁 矿 结构 的 Ｌ Ｓ ｏ Ｆ Ｌ Ｃ 型 陶 茕 以 厦 Ａｇ Ｙ 这 ２ 具 ａ ｒＣ ｅＯ （ Ｓ Ｆ） — ＤＢ Ｙ ０￣ （２ ｄ ｐ ｄＢ ２ ） 合 陶 瓷。 ｏｅ ｉ ０ 复
些 ， 们的过 电势分别 为 ８ｍＶ和 ３ ｍＹ， 比钙 钛矿结构 它 ９ ０ 仅
的 Ｌ Ｍ 大一个 数量级 随着温度的升高 ， Ｓ 阴极过 电势逐渐 降 低 ， 极 性 能 有 进 一 步 的 改 善 在 室 温 下 ， ｉ ｕ０，和 电 Ｂ， ￣ Ｒ
Ｐ ： ｕＯ 的 电 阻 率 很 小 ． １－Ｏ ｍ～ ． ｂＲ 为 ｓ． ０ ｃ 表现 出 金 属 导 电 行
高的温度将引起 电极与 电解质问的反应及其他一系列难于解
决的工程问题 ， 材料选用也 大大受 限， 虽经多年努力仍未实现 实用化０ 。 ］ 若能将 电池温度降到 ７ ０Ｃ以下ｔ ０ 不仅能提高电极
稳 定性 、 长 电池 寿 命 ， 重要 的是 有 利 于 Ｓ Ｃ 的 规 模 化 和 延 更 ＯＦ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｄ
ｓ ｌ ｘｄ ｕ ｌｃ ｌ，ａ ｈ ｄ ｔ ｒａ ， ｔｒ ｄａ ｅｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｔｏ ｄ ｃ ｉｉｙ ｏｉ ｏ ｉｅｆｅ ｅｌｃ ｔ ｏ ｅｍａ ｅ ｌｉ ｅｍｅ ｉｔ ｅ ｅａｕ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｖｔ ｄ ｉ ｎ
固体 氧 化物 燃 料 电 池 （ＯＦ ） 有 能 量转 换 效 率 高 ． 境 Ｓ Ｃ具 环
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中低 温 固 体 氧 化 物 燃 料 电池 陶 瓷 阴 极 材 料 ／ 全 国 等 江
固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展
固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展任玉敏;杜泽学;宁珅【摘要】综述了现有的固体氧化物燃料电池电解质材料，包括立方萤石型、钙钛矿型、磷灰石型及几类新型的电解质材料，主要从各类材料的结构、性能、研究进展、应用情况、各类材料的优缺点及未来发展方向等方面进行了介绍。
%The conventional electrolyte materials of solid oxide fuel cellwere reviewed, including cubic fluorite type, perovskite type, apatite type and several new types. The structure, properties, progress, application, advantages and disadvantages and development trends of each type were introduced, respectively.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P852-854)【关键词】固体氧化物燃料电池;电解质;立方萤石;钙钛矿;磷灰石【作者】任玉敏;杜泽学;宁珅【作者单位】中国石化石油化工科学研究院，北京100083;中国石化石油化工科学研究院，北京100083;中国石化石油化工科学研究院，北京100083【正文语种】中文【中图分类】TM911固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的全固体能量转化装置。
SOFC具有高效、清洁、能量利用率高、燃料灵活性高、应用范围广等特点[1]，因而受到各国的重视，并对其进行了广泛的研究。
SOFC的单电池主要由阴极、电解质和阳极组成，单电池之间通过连接体材料及其他辅助材料组成电堆。
电解质作为电池的核心部分，其主要作用是传递氧离子，同时隔绝燃料与氧气，工作时电解质会暴露在氧化及还原性气体中，且操作温度较高，故电解质材料需满足高离子电导、低电子电导；化学相容性高、热膨胀率适中；致密性高；机械性能高；稳定性好等条件[2]。
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展课件
1.A位缺失大大提高电池性能。
0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-是LS固C体F氧系化列物阴燃料电池阴极材料的研 极中输出性能最高的阴极材料。其最大究功进展课件
率是LSM/YSZ标准阴极的两倍。
Journal of power sources,156 (2006)20-22
Seminar II
Solid
electrolyte
O2-
Porous anode
collector
Combustible Fuel
O2
e-
O2-
e-
CO2 +H2O
固体氧化物燃料电池阴极材料的研 究进展课件
Seminar II
中温固体氧化物燃料电池对阴极材料的基本要求
❖ 有较高的氧还原活性； ❖ 有较高的电导率； ❖ 与电解质和连接体材料具有良好的化学相容
Solid State Ionics 93 (1997) 207-217
Seminar II
LSM基阴极的研究进展（3）
LSM-5Ce10ScZr大大提高了LSM基阴极的电化学性能，在650°C,优化阴极 后的电池性能接近0.6/cm2.
固体氧化物燃料电池阴极材料的研
究进展课件Solid State Ionics ,176 (2005)2555-2561
Seminar II
参考文献
14. Z.H.Bi et al Electrochem. Solid state lett. 5(7) (2002) A173 15.S.P.Simner et al, Solid State Ionics ,161 (2003)11-18 16. S.P.Simner et al,Journal of power sources,113 (2003)1-10 17.A.Mai et al, Solid state Ionics,176 (2005)1341-1350 18.F.Tietz et al, Journal of power sources,156 (2006)20-22 19. 段枣树，硕士论文，新型阴极材料BSCF在IT-SOFC中的应用。 第三章，25-26 20. Z.P.shao,S.M.Haile nature 417 (2004)170-173 21.Z.S.Duan, et al, Journal of power sources, (2006) in press
新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究
通汛联系人： 徐庆 ， ， 男 教授
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２６ ７
《 瓷 学报 １ ０ ６年 第 ３期 陶 ２０
（Ｓ Ｃ 为代表的钙钛矿结构复合氧化物一直是中温 ＬＦ）
ＳＦ Ｏ Ｃ阴极 的主要 候 选材 料 。Ｌ Ｆ Ｓ Ｃ体 系兼有 优 良的 电子导 电性 能和 离 子导 电性 能 ， ８０ 在 ０ ℃时其 电子 电
阴极材料是 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的重要组件 ， 其欧姆损失在整 个 中温 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的欧姆损失中约 占６ ％。 ５ 若降低 Ｓ Ｆ ＯＣ 的运行温度 ， 将引起阴极的极化过 电位增加 、 界面 电 阻增大。因此 ， 研制与电解质材料匹配性 良好的新型
能， 但仍不能 完全满足在中温下使用的要求嘲 。 若选用 电子 一离子混合导体 为 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的阴极材
材 料 １ 。
究 较 多 的 阴 极 材 料 包 括 Ｌ 。 ｒ Ｏ Ｌ Ｍ） ａ Ｓ￣ ｓ（Ｓ 和 Ｍｎ
Ｌ 。 ｒ ｅ ｏ Ｏ－（Ｓ Ｃ 等 ， ａ Ｓ Ｆｙ ｌ ． Ｌ Ｆ ） 但这些材料还难以满足 Ｃ ｓ ８ ＳＦ Ｏ Ｃ中温化的要求。 本论文对近年来中温 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ阴
关键词 ： 固体氧化物燃料电池， 阴极材料 ， 电性能 ， 胀性能 导 热膨
中图分类号 ：Ｑ１ ４７ 文献标识码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
阴极材料是发展 中温 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的前提和基础。目前， 研
１ 前 言
固体氧化物燃料电池（Ｏ Ｃ 具有能源的综合利 ＳＦ） 用率高 、 运行无污染等突 出优 点 ， 是一种极具发展前 景的新型能源转换系统 。将运行温度降低到 中温范 围（０～ ０ ｏ） ６０ ８０ 是当前 Ｓ Ｆ ｃ Ｏ Ｃ的一个 主要发 展方向。 运行温度的降低不仅可以避免工作温度过高带来的 密封 、 热应力 、 结构等一系列问题 ， 还可以减小在电池 材料和配套材料的选择与制备上的困难 ， 有利于降低 ＳＦ Ｏ Ｃ的成本 ， 促进 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ的进一步发展和商业化应 用［ １ １ 。然而， 随着运行温度的降低 ，Ｏ Ｃ的工作性能 Ｓ的薄膜化 、 采用具 有高 电导 率的新型 电 解 质材 料 和选 用 与 电解 质 材 料 相 容 的新 型 阴极
钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展
万方数据热和化学稳定性、高的催化活性等。
在ＳＯＦＣ中，阴极在限制电池性能方面起着重要的作用，有研究显示，在薄电解质的ＳＯＦＣ中，在５５０～８００℃范围内，阴极的界面电阻大约是整个电池总电阻的７０％～８５％１２１，因此，阴极材料的选择和阴极材料性能的提高在增加电流密度和降低电池工作温度等方面显得非常重要。
目前，最常用的ＳＯＦＣ阴极材料是钙钛矿型稀土复合氧化物，近年来，人们从电极材料的结构、导电机理、阴极上的氧还原反应机理以及阴极膜结构等方面对掺杂钙钛矿型阴极材料进行了广泛的研究，并取得了较大的进展［２】。
１钙钛矿类阴极材料的结构特点目前，最常用的ＳＯＦＣ阴极材料是掺杂ＡＢＯ，（Ａ＝Ｌａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｎｄ；Ｂ＝Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）型钙钛矿氧化物。
钙钛矿结构示意图如图２【３ｌ所示，这里Ａ代表离子半径较大的阳离子，Ｂ是离子半径较小的阳离子，ｘ是阴离子。
ａ是晶格长度。
下面以传统的掺锶锰酸镧（Ｌａ。
＿。
Ｓｒ．Ｍｎ０３４，ＬＳＭ）阴极材料为例来说明钙钛矿类阴极材料的结构特点。
图２理想钙钛矿结构单位晶胞示意图圈Ｆｉｇ．２ＵｎｉｔｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｎｉｄｅａｌＡＢ０３ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｌ日Ｌａ。
＿ｘＳｒ．ＭｎＯ，。
材料具有畸形的钙钛矿结构，氧、锰离子构成Ｍｎ．Ｏ。
八面体。
Ｌａ。
§ｒＭｎ０。
中钙钛矿的结构受容差因子ｔ的制约，ｔ可以用公式（１）表达：么＋名√２（珞＋ｔｏ）（１）式中：ｒＡ，ｒＢ和毛分别代表Ａ位，Ｂ位离子和０２一的半径。
当ｔ在０．７５～１．００之间时化合物具有稳定的钙钛矿结构。
当ＬａＭｎＯ，掺入ＳｒＯ时，为了维持系统的电中性，部分Ｍｎ”被氧化变价为Ｍｎ４＋。
从离子半径分析可以得知，ｓｐ的掺人有利于Ｌａ。
．§ｒＭｎ０＂材料的稳定。
ＳＰ的离子半径为１．４４ｒｉｍ，Ｌａ３＋的离子半径为１．３６ｎｍ，Ｍｎ”的离子半径为０．７２ｎｍ，Ｍ矿的离子半径为０．５３ｎｌｉｌ［４１。
中温固体氧化物燃料电池阴极材料La1.4Sr1.6Mn2--xCoxO7(x=0-0.5)的制备和性能研究
Ｏ 引言
中温 固 体 氧 化 物 燃 料 电 池 （Ｔ Ｏ Ｃ） 操 作 温 度 ５ ０ ＩＳ Ｆ （ ０ ～ ８０ ） ０ ℃ 由于 具 有 良好 的潜 在 商 业 前 景 而 逐 渐 成 为 关 注 的 热 点 。
１ 实 验
按 照 Ｉ １Ｓ ¨Ｃ ２ｘ ７ 一０ ０ ５ 的 化 学 计 量 配 比 ． ． ｒ ｏ Ｍｎ－ Ｏ （ ａ４ ～ ．）
．
ＲＥＮ ｎ ｉ～，ＬＡＯ ｎ ｅ Ｙｏ ｇｌ Ｌｉ ｇ’ ｒ ，Ｈ Ｕ ＡＮＧ ｎ ｃ ｉ Ｙｉ ｇ ａ ，Ｌ１ Ｙｉ Ｕ
（ Ｃ ｌ ｇ ｆＳ ｉｎ ｅ Ｇｕ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ， ｉａ ｇ ５ ０ ０ ；２ Ｃｏ ｌｇ ｆＣｈ ｍ ｉ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒ ｇ １ ｏ ｌ ｅ ｏ ｃｅ ｃ ， ｉ ｕ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｇｕ ｙ ｎ ５ ０ ３ ｅ ｈ ｌ ｅ ｏ ｅ ｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ，Ｇｕ ｚ ｏ ｅ ａ ｎ ｉｈ ｕ
电导 率 随 Ｃ 。 杂 量 的 增加 和 温度 的 升 高 而增 加 ， 导 电机 理 符 合 半 导 体 小 极 化 子 模 型 。 ｏ 掺 其
关键 词 层状钙钛矿锰氧化物 热膨胀 电导率 小极化子
Ｓ ｎ ｈ ｓｓ ａ ｄ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＬａ ４Ｓｒ＿Ｍ ｎ 一 Ｃｏ Ｏ７Ｃａ ｈ ｄ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ Ｔ－ ｏＦＣ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉ ｓ ｏ １ ｌ ６ ２ ｘ ｔ ｏ ｅＭ ｔ ｒａｓｆ ｒＩ Ｓ
中温 固体 氧化 物燃料 电池 阴极材料 Ｌ ¨Ｓ Ｍｎ Ｃ （ —Ｏ ． ） ａ ｒ ２ ｏ Ｏ７ｚ ～Ｏ ５ 的制备和 性 能研 究／ 永 力等 ・２ ３ ・ 任 ６
中温 固体 氧 化 物 燃 料 电 池 阴 极 材 料 Ｌ １ Ｓ １ Ｍｎ－ Ｃ （ ＝Ｏ－Ｏ ５ ａ． ｒ． ２ ｘ ｏ ０７ ｘ ４ ６ － ．） － 的 制 备 和 性 能 研 究
固体氧化物燃料电池系统的研究现状
固体氧化物燃料电池系统的研究现状一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境问题的日益严重，固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，受到了广泛关注。
本文旨在全面综述固体氧化物燃料电池系统的研究现状，包括其工作原理、材料进展、系统设计、性能优化以及应用领域等方面的最新进展。
本文将简要介绍固体氧化物燃料电池的基本工作原理和组成部分，以便读者对其有一个整体的认识。
随后，将重点讨论SOFC的关键材料，如电解质、阳极和阴极材料的研究现状和发展趋势。
还将涉及SOFC系统设计方面的创新，包括电池尺寸、形状、连接方式和模块化等方面的优化。
在性能优化方面，本文将分析提高SOFC效率和稳定性的方法，如操作条件优化、热管理、气体供给和排放控制等。
还将探讨降低制造成本、提高系统可靠性和寿命的途径。
本文将展望固体氧化物燃料电池在能源、环保、交通等领域的潜在应用，并讨论当前面临的挑战和未来的发展趋势。
通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员和企业决策者提供有价值的参考信息，推动固体氧化物燃料电池技术的进一步发展。
二、SOFC的基本原理与结构固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种高效、环保的发电技术，其基本原理是通过氧离子在固体电解质中的移动，将燃料（如氢气、天然气、生物质气等）与氧化剂（如空气）之间的化学反应直接转化为电能。
SOFC的核心结构包括电解质、阳极（正极）和阴极（负极）三部分。
电解质是SOFC中最关键的部分，它通常是由氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）等材料制成，具有高离子导电性和在高温下（通常在600-1000℃）保持稳定的特性。
电解质的主要功能是隔离燃料和氧化剂，同时允许氧离子通过。
阳极是燃料发生氧化的地方，通常使用镍和氧化钇稳定的氧化锆的复合材料制成。
在阳极，燃料与氧离子发生反应，生成水、二氧化碳和电子。
钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展
0 F C )具 有 发 电效 率高
、
、
燃料使用
、
来 的密 封
、
热应 力 结构等
、
一
系 列 问题
，
，
还 可 以 减 少 电池材料
，
采 用 全 固态 陶 瓷 结构
一
不 存在 电解 质 损耗 和 电极腐 蚀
及 配 套材 料 选 择与制 备 的 困难 有利于 降低 成 本 促进 固 体氧
适 于 模块化 设计 等 优点 是
2008
年 第
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期 期
广
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第35
卷 总第
18 7
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钙 钛 矿 型 中低 温 固 体 氧化 物 燃 料 电 池 阴 极 材 料
研 究进展
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江西 南昌 3 3 0 0 3 l
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固 体 氧化物燃料 电池 (s 面广
a2bo4型类钙钛矿材料的第一性原理研究进展
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｆｉｒｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒ Ａ２ＢＯ４ ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｌｉｋｅｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＨＵＡＮＧＲｏｎｇｚｈｏｕ１，ＧＵＯＷｅｉｍｉｎ１，２，３，ＹＵＥＺｈｉｗｅｎ１，ＹＩＮＪｕｎ１
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙ， Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｒｅｅｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＳｕｇａｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＳｕｇａｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＧｕａｎｇｘｉ
Ａ２ＢＯ４ 型类钙钛矿因其具有二维层状结构和独 特的物化性能，而被广泛地应用于中温固体氧化物 燃料电池（ＩＴＳＯＦＣｓ）阴极材料［１２］和功能材料等领 域。目前，主要通过对该材料组成、结构进行调控， 有效提高其物理性能。但是不同实验条件、组成、结 构对其物理性能的影响不同，不易区分组成、结构对 该材料物理性能的不同作用机制，使得通过实验难 以迅速找到影响规律。第一性原理的方法提供一条 途径。此外，国内外，这方面研究主要集中在这类材 料的结构和磁性等性质。目前从量子层面应用第一 性原理的方法解释该材料物理性质的研究报道有 限。本文将综合国内外相关文献，对其的第一性原 理研究进展进行综述。
固体氧化物燃料电池技术现状及研究进展
固体氧化物燃料电池技术现状及研究进展固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)技术是一种新型高效、清洁的能源转换技术。
它是指利用固体电解质材料，将燃料和氧气通过直接的气体固体反应转化为电能的一种化学能到电能的转换技术。
作为一种潜力巨大的燃料电池技术，SOFC能够直接将化石能源或可再生能源转化为电力，产生的废气只有水和二氧化碳，具有高效、低污染等优点。
因此，SOFC技术受到了众多科学家的关注和研究，在能源领域提供了广泛的应用前景。
一、 SOFC技术现状SOFC是一种高温燃料电池技术，它的工作温度通常在700-1000℃之间，远高于其他类型的燃料电池。
高温是SOFC的一个特点，具有多种优势：一方面，高温有利于提高电化学反应速率和传质速率，提高燃料电池的效率；另一方面，高温通过重组烷烃等方式可以直接利用化石燃料，而低温燃料电池不具备此功能。
SOFC的电化学反应是电极反应和离子传递反应的综合作用。
在SOFC中，燃料（如氢气、天然气或烷烃等）在阳极表面被催化剂氧化成电子和氢离子，被氧气在阴极表面接受，生成电子和氧离子。
电子沿外部电路流动从而产生电能，氢、氧离子通过固体电解质层通过内部通道流向对面的电极，在那里再次结合生成水蒸气或二氧化碳。
SOFC的核心在于材料与技术的结合，解决了传统燃料电池技术中电子和离子之间的交互问题，提高了电池的效率。
现在的固体氧化物燃料电池主要分为两类：平板燃料电池和管形燃料电池。
平板燃料电池是指用铁氧体或其他材料制成电极，然后在中间加上固体氧化物电解质层，这种电池的特点是体积小、功率大。
而管形燃料电池是指将电解质涂覆在细小的管表面上，然后在管一侧涂覆阳极，管另一侧涂覆阴极的一种电池。
管型燃料电池一般结构都比较复杂，但优点是工作温度比较低，可以使用镍合金等质材料，制作成本比较具有优势。
二、SOFC技术的研究进展SOFC技术最主要的挑战是寿命和稳定性问题。
gdc浸渍lscf纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征 -回复
gdc浸渍lscf纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征-回复GDC浸渍LSCF纤维作为固体燃料电池阴极的制备与表征固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换器，其优点包括高能量转换效率、燃料的多样性以及低碳排放等。
SOFC的性能主要受到阴极的影响，因此，研究和开发具有高催化活性和稳定性的阴极材料是提高SOFC性能的关键。
在过去的几十年中，很多研究工作集中在阴极材料的改进，以提高其氧还原反应（ORR）的活性和耐久性。
其中，LSCF（钙钛矿型过渡金属氧化物La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ）是一种被广泛研究并应用于SOFC阴极的材料。
LSCF具有较好的导电性和活性，且与电解质材料YSZ（氧化釔稳定氧化锆）具有良好的相容性。
然而，LSCF材料的比表面积较低，使其活性面积有限，从而限制了其在SOFC 阴极中的应用。
为了克服这一问题，研究人员一直在寻找新的方法来增加LSCF的活性面积。
在最近的研究中，一种新的方法——GDC（钆掺杂氧化钇）浸渍LSCF纤维的制备方法被提了出来，通过将LSCF纤维浸渍到GDC溶液中，然后经过煅烧得到GDC浸渍LSCF纤维。
这种方法可以增加LSCF的活性面积，从而提高SOFC阴极的催化活性。
首先，制备GDC浸渍LSCF纤维的关键步骤是准备LSCF纤维和GDC溶液。
LSCF纤维可以通过溶胶-凝胶法、静电纺丝法等方法制备得到。
GDC 溶液则可以通过化学沉淀法来制备，将适量的钆盐和氧化钇溶解在水中，加入适当的络合剂和沉淀剂，控制反应条件，沉淀得到GDC。
接下来，将制备好的LSCF纤维浸入GDC溶液中，以使GDC溶液渗透到纤维内部，使LSCF纤维被GDC包裹。
浸渍时间和浸渍温度可以根据实际需要进行调整，以获得最佳的浸渍效果。
然后，将浸渍后的LSCF纤维进行煅烧，以使GDC和LSCF发生反应，形成更高比表面积的GDC浸渍LSCF纤维。
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Vol 135No 12・6・化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第35卷第2期2007年2月基金项目:国家自然科学基金项目(20576063)资助作者简介:高展(1981-),男,在读硕士研究生,主要从事固体氧化物燃料电池相关课题的研究。
新能源材料钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展高 展1 张 萍1 高瑞峰2 黄建兵2 毛宗强23(1.中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074;2.清华大学核能与新能源技术设计研究院,北京100084)摘 要 中低温固体氧化物燃料电池的研制是固体氧化物燃料电池商业化的必然趋势,阴极材料的研制是影响其发展的关键问题之一。
本文综述了近年来固体氧化物燃料电池ABO 3型钙钛矿阴极材料的研究情况,并提出了其发展方向。
关键词 固体氧化物燃料电池,钙钛矿,阴极材料Progress of perovskite cathode for intermediate 2low temperaturesolid oxide f uel cellsGao Zhan 1 Zhang Ping 1 Gao Ruifeng 2 Huang Jianbing 2 Mao Zongqiang 211Faculty of Material science and Chemical Engineering ,China University of Geosciences ,Wuhan 430074;21Instit ute of Nuclear and New Energy Technology ,Tsinghua U niversity ,Beijing 100084)Abstract Intermediate 2low temperature solid oxide f uel cell (IL TSOFC )is the tendency of the solid oxide f uel cell(SOFC )commercializing development ,and one key problem is the study of cathode materials.A review of perovskite (ABO 3)cathode for IL TSOFC was presented and the trend of its development was prospected.K ey w ords solid oxide f uel cell ,perovskite ,cathode 固体氧化物燃料电池(SOFC )具有发电效率高、燃料使用面广、采用全固态陶瓷结构、不存在电解质损耗和电极腐蚀、适于模块化设计等优点,是一种很有发展前景的燃料电池。
但传统的以Y 2O 3稳定的ZrO 2(YSZ )为电解质的固体氧化物燃料电池通常需要在800～1000℃高温下运行,造成材料的选择困难,制备工艺复杂,成本过高,给其商业化带来一定困难。
如果能将燃料电池的运行温度降低到800℃以下,则可以避免电池在高温下操作带来的一系列问题,有利于早日实现固体氧化物燃料电池的商业化[1,2]。
因此,中低温(500～800℃)固体氧化物燃料电池成为固体氧化物燃料电池研究与开发的热点。
但是随着电池运行温度的降低,电解质的欧姆极化以及电极的活化极化损失增加,严重地影响了电池的性能。
因此,寻求性能良好的阴极材料是中低温固体氧化物燃料电池发展的关键。
固体氧化物燃料电池阴极材料必须具备在氧化环境中保持稳定,有足够高的离子、电子电导率,与固体电解质热膨胀匹配,以及良好的催化活性等特点[1]。
因此,符合上述要求的钙钛矿结构(ABO 3型)氧化物成为目前研究的重点。
1 钙钛矿型阴极材料的结构特征在ABO 3立方钙钛矿结构中,B 和O 离子构成BO 6八面体结构,而8个BO 6通过共用O 离子分布于立方体的8个顶点上。
A 离子位于立方体的中心。
当采用低价元素对A 、B 位元素进行掺杂时,晶体无法通过阳离子变价达到电中性,因而只能产生O 离子空位即点缺陷,引起O 离子电导。
A 位元素一般为La 系稀土金属元素。
材料的电导率与A 位元素密切相关,大小顺序为:Pr >La >Nd >Sm 。
在A 位掺杂碱土金属,会明显提高其电导率,其中Sr 掺杂的电导率最高。
A 位元素同样会影响材料的过电位,不同A 位稀土元素的阴极过电位顺序为:Y >Yb >La >Gd >Nd >Sm >Pr 。
B 位一般为过渡金属元素,或若干种过渡元素的组合。
阴极的反应速率随B 位过渡元素变化顺序为:Co >Mn >Fe >Cr [1]。
2 研究现状目前开发的用于中低温的固体氧化物钙钛矿结构燃料电池阴极材料主要有单掺杂的A 1-x Sr x BO 3-δ(A =La ,Sm ,Dy ,第2期高 展等:钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展Gd;B=Co、Cu)材料;以及双掺杂的A1-x A’x B1-y B’y O3-δ(A =La、Sm、Nd;A’=Ba、Sr;B、B’=Fe、Co、Ni)材料两大类。
2.1 A1-x Sr x BO3-δ阴极材料La1-x Sr x CoO3-δ(L SC)具有很高的电子导电性和离子导电性,在以Ce0.8Gd0.2O1.9(G DC),Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)为电解质的SOFC中作阴极材料有很高的活性。
Inagaki等[3]以由高温热解法制得的La0.6Sr0.4CoO3-δ作为阴极,采用015mm厚的La0.9Sr0.1G a0.8Mg0.2O3-δ(L SGM)作为电解质,以Ni2SDC 作为阳极,在800℃下,电池的功率密度达到了470mW/cm-2。
采用高温热解的方法制备L SC阴极粉,有效的降低了阴极极化,在300mA/cm-2的电流密度下,阴极极化仅为25mV。
Sm1-x Sr x CoO3-δ(SSC)是最近发展起来的一种新型的阴极材料,它的催化活性要高于L SC。
致密的SSC比L SC在同等条件下的过电位低50%,两者的速控步骤都是电极表面的吸附脱附步骤,但SSC速控步骤的速率常数比L SC大1个数量级[4]。
而且SSC多孔电极的电化学性质可以通过添加掺杂的氧化铈,进而增大SSC的增长压力,因此维持孔隙率并增大三相界面。
在操作温度为500℃的SOFC中,SSC作阴极材料取得了很好的效果。
各种组成的SSC的电导率约> 100Scm-1,峰值达到1820Scm-1[2]。
在298～1273K的温度范围内,材料的膨胀系数为(16～24)×10-6cm/(cm・K),SSC 的热膨胀系数不随Sr掺杂量发生变化。
Xia等[4]研究了Sm0.5Sr0.5CoO3-δ阴极,通过将离子导电相SDC加入SSC构成SSC2SDC复合阴极,降低了阴极SSC与电解质SDC的界面阻抗。
最佳加入量为30%(wt,下同)SDC时,SSC与SDC在600℃时的界面阻抗由2Ω・cm2下降为0118Ω・cm2,并且表现出了高的氧还原催化活性。
对于Dy1-x Sr x CoO3-δ(DSC),其钙钛矿结构稳定存在的组成范围为x>016[2]。
Lee等[5]研究了Dy1-x Sr x CoO3-δ(0≤x≤015),该材料的热膨胀系数随Sr掺杂量x的增加而减小;在x=013时达到最小;当x>013时则继续增大。
电导率随x的增加而增大,在x=013时表现出了从半导体到金属的转变。
电催化活性和能量密度也随x的增加而增大,在x=014时达到最大值;在x=015时,由于和电解质的反应而使功率密度降低;x=014时,在以L SGM为电解质,以Ni2G DC为阳极的燃料电池中,在600℃时功率密度为240mW/cm-2,仍有待于提高。
Gd1-x Sr x CoO3-δ(GSC)的电导率比L SC低,但仍能够满足作为SOFC阴极材料的要求。
Gd015Sr015CoO3-δ在650℃时与G DC的界面极化阻抗为0.2Ω・cm2,但在600℃时,界面阻抗值仍然偏高[6]。
Yu等[7]研究了新型阴极材料La1-x Sr x CuO2.5-δ(0.15≤x ≤0.3)(L SCu),证明该种材料具有较高的电导率。
在600℃时L SCu的电导率为600S/cm,在800℃时则为800S/cm。
当电流密度为100mA/cm2时,在850℃和750℃时的阴极超电势分别为318mV和1016mV。
在800℃时La0.7Sr0.3CuO2.5-δ在各种组成的L SCu中有最低的阴极超电势,在电流密度为150mA・cm-2和200mA・cm-2时,阴极超电势分别为10mV 和1216mV。
2.2 A1-x A’xB1-y B’y O3-δ(阴极材料)La12x Sr x Co o.2Fe o.803-δ(x=0.2～0.4)(L S CF)在600～800℃范围内的总电导率为200～300S/cm,在较低温度下(<900℃)具有很好的催化活性,而且它与掺杂氧化铈电解质的相容性较好;通过调整Fe的掺杂量,二者的热膨胀系数也可以比较接近。
为了有效的降低界面阻抗,提高离子电子导电率,可以向阴极材料中适当加入电解质相。
Dusastre等[8]的研究印证了上述的观点,在La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ中加入30%G DC,复合材料具有最低的界面阻抗和最高的氧还原催化活性,表明这种复合阴极材料可用作以G DC为电解质的低温SOFC阴极材料。
Murray等研究了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8 O3-δ和L SCF2G DC复合阴极在YSZ电解质上的界面阻抗, L SCF2G DC的界面阻抗在600℃为0.33Ω・cm2,在750℃时仅为0.01Ω・cm2。
Shao等[9]用Ba全部取代A位元素,发展了Ba0.5Sr0.5 Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)阴极材料。
这种材料可以在500～700℃范围内很好的工作。
在以SDC为电解质的体系中, 500℃时,界面阻抗为0.135Ω・cm2;600℃时仅为0.021Ω・cm2。
在以H2为燃料时,燃料电池的功率密度在600℃和500℃时分别为1010m・Wcm-2和402mW・cm-2。
同时, BSCF对丙烷也有很好的催化活性,在575℃时最大功率密度为391mW・cm-2。
在BSCF中,氧空位扩散速率在775℃时为713×10-5cm2/s;900℃时高达1131×10-4cm2/s,比其它钙钛矿阴极材料在同等条件下高2～200倍。