Ma Zifeng

YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维电解质层厚度控制及其影响

本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜, 将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后, 以纯H 2 在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电解质YSZ膜层厚度通过改变YSZ铸膜液挤出速率来调节。将La 0.8 Sr 0.2 MnO 3- δ (LSM)阴极乳浆浸渍涂覆在烧结后的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜外, 经1200℃烧结后形成微管式固体氧化物燃料电池。结果表明, 当阳极铸膜液以10?mL/min速率挤出, 而电解质铸膜液挤出速率为0.5、1、1.5、2 mL/min时, 构造的YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜电解质层厚度分别为6、13、18、28 μm, 其机械强度、气密性均随着电解质层厚度增加而增大, 但电导率与孔隙率受电解质层厚度的影响较小。YSZ膜厚度为28 μm的MT-SOFC, 800℃时以20 mL/min氢气作为燃料, 30 mL/min空气作为氧化剂, 最大开路电压为1.01 V, 最大输出功率只有75 mW/cm 2 。但同样测试条件下, YSZ膜厚度为6 μm的MT-SOFC, 开路电压为0.92 V, 最大输出功率升至329 mW/cm 2 。本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜, 将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后, 以纯H 2 在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电解质YSZ膜层厚度通过改变YSZ铸膜液挤出速率来调节。将La 0.8 Sr 0.2 MnO 3- δ (LSM)阴极乳浆浸渍涂覆在烧结后的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜外, 经1200℃烧结后形成微管式固体氧化物燃料电池。结果表明, 当阳极铸膜液以10?mL/min速率挤出, 而电解质铸膜液挤出速率为0.5、1、1.5、2 mL/min时, 构造的YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜电解质层厚度分别为6、13、18、28 μm, 其机械强度、气密性均随着电解质层厚度增加而增大, 但电导率与孔隙率受电解质层厚度的影响较小。YSZ膜厚度为28 μm的MT-SOFC, 800℃时以20 mL/min氢气作为燃料, 30 mL/min空气作为氧化剂, 最大开路电压为1.01 V, 最大输出功率只有75 mW/cm 2 。但同样测试条件下, YSZ膜厚度为6 μm的MT-SOFC, 开路电压为0.92 V, 最大输出功率升至329 mW/cm 2 。

新型SOFC阳极材料La 0.75 Sr 0.25 Mn 0.5 Cr 0.5- x Cu x O 3- δ 的合成与表征

合成了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料La 0.75 Sr 0.25 Mn 0.5 Cr 0.5- x Cu x O 3- δ (LSMCr 0.5- x Cu x , x =0、0.05、0.10、0.20)。通过X射线衍射(XRD)表征其物相结构和与电解质的化学相容性, 通过透射电子显微镜(TEM)表征其微观形貌。用直流四探针法测试了材料的电导率; 交流阻抗法表征了材料的阳极阻抗特性。结果表明: LSMCr 0.5- x Cu x 材料均为菱方钙钛矿晶相, Cu的掺入导致晶胞体积和粉体粒径增大。 x ≤0.10时, 阳极粉体与YSZ在1200℃烧结3 h无第三相生成, 具有良好的化学相容性。LSMCr 0.5- x Cu x 在空气和5%H 2 -Ar气氛下的电导率均随 x 的增加而增大; 在湿润的5%H 2 -Ar气氛下的阳极极化面电阻(ASR)均低于未掺杂的LSCM, x =0.05时ASR最低, 900℃时仅有0.38 Ω·cm 2 。合成了新型固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极材料 La0.75Sr0.25Mn0.5Cr0.5-xCuxO3-δ（LSMCr0.5-xCux,x=0、0.05、0.10、0.20）。通过 X 射线衍射（XRD）表征其物相结构和与电解质的化学相容性, 通过透射电子显微镜（TEM）表征其微观形貌。用直流四探针法测试了材料的电导率; 交流阻抗法表征了材料的阳极阻抗特性。结果表明： LSMCr0.5-xCux材料均为菱方钙钛矿晶相, Cu 的掺入导致晶胞体积和粉体粒径增大。x≤0.10时, 阳极粉体与 YSZ 在 1200 ℃烧结 3 h 无第三相生成, 具有良好的化学相容性。LSMCr0.5-xCux在空气和5%H2-Ar 气氛下的电导率均随 x 的增大而增加; 在湿润的 5%H2-Ar 气氛下的阳极极化面电阻（ASR）均低于未掺杂的 LSCM, x =0.05 时 ASR 最低, 900 ℃时仅有 0.38 Ω·cm2。