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Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ阴极耐侵蚀性能研究
结题报告
批准号:
51402355
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
杨志宾
学科分类:
E0206.功能陶瓷
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
童菁菁、朱腾龙、徐娜、常杰善、杨燕茹
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中文摘要
固体氧化物燃料电池(SOFC)在长期实际运行中会经受各种侵蚀,如阴极会经受CO2、湿、铬等侵蚀。为推动SOFC发展,提高阴极在实际运行条件下的耐侵蚀性尤为重要。混合电导钙钛矿结构的阴极在中低温下具有较高活性,尤其Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)表现出高的电化学活性和好的化学稳定性,但对其长期耐侵蚀性研究较少,机理也不清晰。针对此问题,本项目以BCFN为研究对象,评价CO2、湿、铬侵蚀下的性能及荷电下的长期稳定性,深入探讨CO2、湿、铬侵蚀机理,为SOFC商业化应用奠定基础。本项目将利用差热热重、高温XRD等对其在CO2、湿、铬侵蚀下的反应特性、结构演变进行研究;利用交流阻抗、程序升温脱附等对CO2、湿、铬侵蚀下的氧还原活性进行考察;通过原位拉曼、透射电镜及能谱分析产物组成,结合热力学计算阐明侵蚀机理。项目研究将为阴极材料体系的开发及应用提供理论依据和实验指导。
英文摘要
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) suffers different contaminations when the cell is operated under the practical application environment. For example, cathode suffers corrosion from CO2, water vapor, Cr and other impurities. Therefore, to promote the development of SOFC, it is vital to improve the corrosion resistance of SOFC cathode under the practical application environment. Mixed-conducting perovskite cathodes exhibit high catalytic activities in intermediate and low temperatures. Among those, Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN) has been widely studied due to its excellent electrochemical performance and chemical stability. However, there are few studies on its corrosion resistance properties and mechanism. In this project, the corrosion resistance properties of BCFN cathode under CO2, water vapor and Cr conditions will be evaluated; the mechanism and the long stability under corrosion will be systematically assessed. High temperature XRD and DTA-TG techniques will be used to study the changes of crystalline structure and the reaction property of BCFN under CO2, water vapor and Cr; electrochemistry impedance spectroscopy(EIS) and temperature programmed desorption (TPD) will be used to study the conduction characteristic and electrocatalytic property. At the same time, the mechanism of corrosion resistance will be characterized and elucidated through in-situ Raman spectrum and TEM analysis, combined with thermodynamic estimation method. Theoretical foundation and experiment guidance will be provided through this project for the development and practical application of cathode material in SOFC.
固体氧化物燃料电池(SOFC)在长期实际运行中会经受各种侵蚀,如阴极会经受CO2、湿、铬等侵蚀。为推动SOFC发展,提高阴极的耐侵蚀性尤为重要。Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)表现出高的电化学活性和好的化学稳定性,但对其长期耐侵蚀性研究较少,机理也不清晰。针对此问题,本项目以BCFN为研究对象,主要评价CO2、湿、铬侵蚀下的性能及长期稳定性,深入探讨CO2、湿、铬侵蚀机理,为SOFC应用奠定基础。重要结果:1)研究了BCFN在CO2侵蚀下的性能,低温下BCFN可以保持钙钛矿结构,随着温度的升高,材料失氧,侵蚀加剧,但空气吹扫后性能可恢复,表明反应主要发生在表面;2)评价了BCFN在湿侵蚀下的性能,不同湿度下,BCFN均能保持立方钙钛矿结构,3%湿度提高了电极的催化活性,表明湿度一定程度上促进了氧离子传输;3)研究了BCFN在铬侵蚀下的性能,BCFN中A位Ba离子与铬反应,生成BaCrO4,B位的Co和Fe偏析形成Co-Fe氧化物;4)研究了BCFN在CO2-H2O共侵蚀下性能,共侵蚀下性能衰减严重,但采用GDC包覆制备的BCFN电极,明显增强了BCFN耐侵蚀能力;5)评价了GDC包覆改性对BCFN材料抗铬侵蚀的影响,研究发现1%的GDC包覆量即可有效地提高BCFN耐Cr侵蚀性能,GDC包覆量在3%时,Cr侵蚀过程几乎完全被抑制;6)开发了La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ(LSCFN)材料,评价了抗湿侵蚀性能,3%湿度下,LSCFN表现出了较好的稳定性,是一种有应用前景的电极材料。项目发表论文15篇,申请专利4项,项目负责人组织并参加了中丹国际会议、亚洲SOFC会议以及无机非金属材料论坛,分别做了口头报告。项目负责人晋升为副教授,博导,担任中国能源研究会燃料电池专业委员会副秘书长,同时获得了中国能源研究会能源创新奖一等奖,中国硅酸盐学会科研创意奖;指导研究生获得国家奖学金、优秀毕业生,指导本科生获得节能减排全国三等奖、北京市挑战杯二等奖等。项目研究为阴极材料体系的开发及应用提供了理论依据和实验指导,为SOFC商业化应用奠定了基础。
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
Fabrication of metal-supported tubular solid oxide fuel cell by phase-inversion method and in situ reduction
相转化法和原位还原法制备金属支撑管式固体氧化物燃料电池
DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.04.253
发表时间:2016-07
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
影响因子:7.2
作者:Han Zongying;Yang Zhibin;Han Minfang
通讯作者:Han Minfang
DOI:10.1149/06801.0927ecst
发表时间:2015-07
期刊:
影响因子:--
作者:T. Zhu;Minfang Han;Zhibin Yang
通讯作者:T. Zhu;Minfang Han;Zhibin Yang
Fabrication and optimization of La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ electrode for symmetric solid oxide fuel cell with zirconia based electrolyte
氧化锆基电解质对称固体氧化物燃料电池La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ电极的制备与优化
DOI:10.1016/j.jmst.2017.03.012
发表时间:2017-11-01
期刊:JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子:10.9
作者:Xu, Na;Zhu, Tenglong;Han, Minfang
通讯作者:Han, Minfang
Performance evaluation of solid oxide fuel cell with in-situ methane reforming
原位甲烷重整固体氧化物燃料电池的性能评估
DOI:10.1016/j.fuel.2015.08.050
发表时间:2015
期刊:Fuel
影响因子:7.4
作者:Tenglong Zhu;Zhibin Yang;Minfang Han
通讯作者:Minfang Han
Effects of humidity on Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-delta cathode performance and durability of Solid Oxide Fuel Cells
湿度对固体氧化物燃料电池Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ阴极性能和耐久性的影响
DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.11.045
发表时间:2016
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
影响因子:7.2
作者:Yang Zhibin;Liu Yahui;Chen Yu;Wang Jingle;Han Zongying;Zhu Yanmin;Han Minfang
通讯作者:Han Minfang
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