对称可逆固体氧化物电池电极材料结构-电化学特性-制备方法-工况应用研究
批准号:
52072405
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨志宾
依托单位:
学科分类:
无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨志宾
中文摘要
可逆固体氧化物电池(RSOC)是一种可以实现化学能和电能高效洁净转换的电化学能量转换装置。如何提高电极材料的电催化活性和工况(氧化/还原循环及放电/供电切换)稳定性是制约RSOC应用的核心问题之一。项目提出采用对称型RSOC结构(即同一种材料作为阴极和阳极),从典型的SrFeO3-δ基钙钛矿材料入手,从材料的基础科学理论出发解决RSOC电极材料在实际应用中遇到的问题,通过理论计算优化材料设计,阐明材料组成结构及演变特征;通过研究不同条件下的电化学性能,结合原位表征阐明材料导电机理及催化特性;通过一步合成,优化电极表界面结构及其传导途径,揭示多相耦合作用机制;通过工况模式研究,明确RSOC性能调控机制与工况应用的关系;最终建立快速衰减测试平台,评价材料长期稳定性,揭示工况稳定机制。项目将完成材料结构-性能-制备方法-工况应用全链条材料科学研究模式探索,为钙钛矿材料开发和实际应用奠定基础。
英文摘要
Reversible Solid Oxide Cell (RSOC) are clean and efficient electrochemical conversion devices that can achieve efficient and clean conversion of chemical energy and electrical energy. The major challenge in application of RSOC lies in how to further improve the electrochemical activity of electrode materials and their operation stability during working conditions (oxidation/reduction cycles, or SOFC/SOEC switching modes). Here, a symmetric RSOC structure has been proposed (same materials for both electrodes) in this project. The challenges in practical applications of RSOC electrode material will be resolved by basic science of materials derived from classical SrFeO3-δ based perovskite. Through theoretical calculation, the design of the material will be optimized in conjunction with the correlation between materials’ compositional structure and evolution characteristics. By studying the electrochemical performance under different conditions, combined with in-situ characterization, the material's conduction mechanism and catalytic properties were elucidated. By one-step synthesis, the transport pathways at the electrode surface or interface will be improved, uncovering the synergistic operation among multiphases. The interplay between RSOC performance and operating conditions will be ascertained by the investigation under operational modes. Most importantly, the platform for degradation testing will be built to assess the long-term stability of the proposed cells and unveil the corresponding operating mechanism. The project will complete the full development cycle of material science investigation, including material composition-property-synthesis-operation, which will lay the groundwork for the development and application of perovskite materials.
可逆固体氧化物电池(RSOC)是一种可以实现化学能和电能高效洁净转换的电化学能量转换装置,如何提高电极材料的电催化活性和工况稳定性是制约RSOC应用的核心问题之一。项目从典型的SrFeO3-δ基钙钛矿材料入手,先后通过理论计算设计开发了SrFe0.75M0.25O3-δ(M=Co, Fe, Mn, Mo, Nb, Ni)、Sr2FeMo0.65Ni0.35O6-δ(SFMN)、(La0.6Sr0.4)1-xFe0.8Ni0.2O3-δ(LSFN)等系列钙钛矿电极材料,开发的SFMN和LSFN材料可原位析出纳米合金,具有良好的性能和稳定性,阐明了材料组成结构及其演变机理;设计了一种原位自组装方法,通过前驱体混合过程中的分子级异质接触,制备了具有微纳结构的SFMN-GDC、PrOx/Ba0.95La0.05Fe0.8Zn0.2O3-δ(BLFZ)等系列复合电极材料,通过协同作用优化电极表界面结构及其传导途径,揭示了多相耦合作用机制;通过研究不同工况下的电化学性能,明确了RSOC性能与工况应用的关系,其中以SFMN-GDC为电极的RSOC电池在不同运行条件下运行215小时,表现出卓越的可逆性和稳定性,开发的具有双功能氧化物 (CaO和La2O3)和原位形成的Co-Fe纳米合金的La0.6Ca0.4Fe0.8Co0.2O3-δ(LCFC)电极材料,在发电和电解模式下表现出优异的电化学性能;利用机器学习方法辅助预测了铬中毒对SrFeO3-δ基钙钛矿电极长期性能的影响,揭示了电极长期衰减机制,测试了700 oC下156小时的电化学阻抗数据,验证了模型在预测长期衰减方面的外延准确性;提出了在传统La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF)电极的A位掺杂钡元素(Ba)来引起晶格膨胀,从而稳定晶体结构,抑制元素偏析,并协同增强催化活性和Cr耐受性的方法,揭示了电极材料在1500小时下的工况稳定机制。项目为钙钛矿材料开发和实际应用奠定了基础。
Ba0.9Co0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ阴极耐侵蚀性能研究
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批准号:51402355
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:杨志宾
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依托单位:
国内基金
海外基金