阴极表面Ce0.8Y0.2O1.9/Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ多孔纳米涂层提高中温固体氧化物燃料电池性能的机理
结题报告
批准号:
51472156
项目类别:
面上项目
资助金额:
87.0 万元
负责人:
甄强
依托单位:
学科分类:
E0208.无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
李榕、李振泉、宋绍雷、谭威、贾悦发、李玲、宋唯佳
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中文摘要
中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)作为高效的电化学能量转换装置是近年来发展的方向。在中温条件下,阴极材料表面的氧交换过程往往成为电化学反应的限制性环节。本项目首先制备Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)和Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC)新型复相阴极材料,然后在阴极空气侧表面涂覆Ce0.8Y0.2O1.9(YDC)和BCFN复合的多孔纳米涂层;同时研究晶粒细化对多孔涂层材料物相成分、微观结构、氧离子及电子导电性能、表面成分和价态变化规律、氧的表面交换系数以及氧传输能力的影响规律;分析涂层表面氧交换的热力学和动力学过程,揭示提高阴极氧传输能力的机理。通过在GDC作为固体电解质的IT-SOFCs中应用,研究多孔纳米涂层对电池性能提高的效果和长期工作的可靠性。为探索在IT-SOFCs阴极的空气侧改善氧传输能力的方法和选择涂层材料体系提供理论依据。
英文摘要
Recently, intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) is an important development direction of the efficient electrochemical energy conversion device. Under intermediate temperature, oxygen exchange process on the surface of cathode becomes the limit step for the electrochemical reaction. In this project, Ba1.0Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)/ Ce0.9Gd0.1O1.95(GDC) dual phase cathode material will be synthesized, then Ce0.8Y0.2O1.9(YDC)/BCFN porous nano layer will be coated on the air side of the this cathode. The effect of grain size decreasing of coating material will be studied, which contains the effect on phase composition, microstructure, oxygen ionic and electronic conductivity, surface composition and the variation of valence state, as well as the surface exchange coefficient of oxygen and the oxygen transmission property. The thermal dynamic and kinetic process of oxygen exchange on the porous nano coating surface will be analyzed to define the mechanism which improves oxygen transmission ability of cathode. Using GDC as electrolyte, the dual phase cathode with porous nano coating will be applied in IT-SOFC, the influence of the porous nano coating on improving IT-SOFC performance will be studied as well as the reliability of the coating for long-term work. This research work will provide theoretical basis for the technique of increasing oxygen transmission ability on IT-SOFCs cathode, and selecting coating material system.
本项目以IT-SOFCs作为研究对象,针对在中温条件下阴极材料成为电化学反应限制性环节的问题,选择了BCFN和BCFN-GDC材料作为IT-SOFC的阴极,通过在阴极空气侧表面涂覆YDC以及BCFN-YDC的多孔纳米涂层来减小阴极的极化阻抗,提高电池的电化学性能。. 研究了造孔剂大小、添加量以及阴极厚度对BCFN、BCFN-GDC阴极微观结构和性能的影响,优化了阴极制备工艺。BCFN阴极厚度在30 μm时阴极极化阻抗最小,650℃时为0.43 Ωcm2;含40wt% GDC的BCFN-GDC复合阴极,厚度为60 μm,添加1 g PMMA作为造孔剂时,阴极极化阻抗最小,650℃时为0.62 Ωcm2。. 采用浸渍的方法在BCFN阴极表面负载YDC纳米颗粒,浸渍量为30 μL时,热处理温度为900 ℃时极化阻抗最小,650 ℃时为0.43 Ωcm2,与BCFN电极相比时减小了22.8 %。涂覆了YDC纳米涂层的BCFN/YSZ/Ni-YSZ单电池功率密度较未涂覆的增加了10%。采用EDTA-柠檬酸溶胶凝胶法合成了平均晶粒尺寸为60nm的BCFN纳米粉体,和YDC(50wt%)纳米粉体复合作为涂层,在650C阴极极化阻抗为0.29Ω∙cm2,相比无涂层的BCFN-GDC阴极减小了约55%。. 纳米涂层增大了阴极表面的有效反应区即更多的三相界面,有利于表面的氧交换。同时YDC比BCFN具有更多的表面氧空位,且Ce3+更容易被氧化,并释放出电子,有利于表面吸附氧的催化还原。在500 ℃时,浸渍YDC纳米颗粒后,BCFN材料的氧体扩散系数和表面交换系数分别从1.13x10-5 cm2 s-1提高到2.11x10-4 cm2 s-1和7.56x10-4 cm s-1提高到3.33x10-3 cm s-1。. 上述研究成果可以为提高IT-SOFCs 阴极侧的氧传输能力的方法选择和涂层材料体系的开发提供相关的参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Sulfur-doped CoFe2O4 nanopowders for enhanced visible-light photocatalytic activity and magnetic properties
硫掺杂 CoFe2O4 纳米粉末可增强可见光光催化活性和磁性能
DOI:10.1039/c7ra10016g
发表时间:2017-10
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Rong Li;Chencen Sun;Jia Liu;Qiang Zhen
通讯作者:Qiang Zhen
DOI:10.1016/j.ssi.2015.04.014
发表时间:2015
期刊:Solid State Ionics
影响因子:3.2
作者:Zhen Qiang;Tan Wei;Li Rong
通讯作者:Li Rong
V2O5 nanobelt arrays with controllable morphologies for enhanced performance supercapacitors
具有可控形貌的 V2O5 纳米带阵列可增强超级电容器的性能
DOI:10.1039/c7ce01444a
发表时间:2017
期刊:CrystEngComm
影响因子:3.1
作者:Xu Jiahe;Zheng Feng;Gong Hanqin;Chen Lai;Xie Jiaheng;Hu Pengfei;Li Yang;Gong Yu;Zhen Qiang
通讯作者:Zhen Qiang
DOI:10.1016/j.surfcoat.2016.08.037
发表时间:2016-11
期刊:Surface & Coatings Technology
影响因子:5.4
作者:Weijian Song;Chencen Sun;Taihe Wang;Rong-Bing Li;Q. Zhen
通讯作者:Weijian Song;Chencen Sun;Taihe Wang;Rong-Bing Li;Q. Zhen
PhotocatalyticDegradation and Pathway of Oxytetracycline in Aqueous Solution by Fe2O3-TiO2 Nanopowders
Fe2O3-TiO2纳米粉体光催化降解水溶液中的土霉素及其途径
DOI:--
发表时间:2015
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Rong Li;Yuefa Jia;Jun Wu;Qiang Zhen
通讯作者:Qiang Zhen
多尺度结构设计及动态高温原位物相重构协同增强免烧耐火材料研究
  • 批准号:
    52232002
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    269万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
碳-碳复合材料/SiC-SiC(w)过渡层/纳米晶陶瓷-玻璃致密防护层的成分设计、结构及性能
  • 批准号:
    51872184
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
煤矸石可控制备纳米分子筛-活性炭复合材料的性能与机理研究
  • 批准号:
    51672170
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
纳米粒子基体改性碳/碳复合材料在超高温条件下的化学反应、结构演变和性能
  • 批准号:
    51272154
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
混合导体透氧膜的空气侧涂层及增进透氧机理
  • 批准号:
    51072112
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    39.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
微波等离子体烧结纳米氧化铋基固体电解质的研究
  • 批准号:
    20101006
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    14.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    甄强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金