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微管固体氧化物燃料电池的热应力分析 被引量：1
1
作者 徐颖强 段辰宸 王雷雷 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1374-1376,1392,共4页
微管固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)的寿命一直是制约其商业化进程的关键问题。希望利用多物理场耦合方式分析工作状态微管固体氧化物燃料电池在流体、热、力等作用下的应力分布,分析工作温度、温度梯度等因素对电池应力状态的影响。结果... 微管固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)的寿命一直是制约其商业化进程的关键问题。希望利用多物理场耦合方式分析工作状态微管固体氧化物燃料电池在流体、热、力等作用下的应力分布,分析工作温度、温度梯度等因素对电池应力状态的影响。结果表明制造残余应力是电池失效的主要应力源,温度梯度造成这一残余应力进一步分化;工作温度升高有助于残余应力的降低,但电池的效率也会降低。该结果将为MT-SOFC寿命分析提供依据。 展开更多
关键词 多物理场 微管固体氧化物燃料电池(MT—SOFC) 应力
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固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)的制备与性能研究
2
作者 杨春利 晁泽莹 +1 位作者 刘璐 余文瑞 《功能材料》 北大核心 2025年第2期2084-2090,共7页
采用溶胶-凝胶法制备了质子导体固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)。Sr^(2+)掺杂后材料仍为萤石结构,且掺杂提高了材料的氧空位含量。Sr^(2+)掺杂有效降低孔隙率,提高La_(2)Ce_(2)O_(7)质子导体陶瓷样品的... 采用溶胶-凝胶法制备了质子导体固体氧化物燃料电池电解质材料La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)。Sr^(2+)掺杂后材料仍为萤石结构,且掺杂提高了材料的氧空位含量。Sr^(2+)掺杂有效降低孔隙率,提高La_(2)Ce_(2)O_(7)质子导体陶瓷样品的致密性。在湿润氢气气氛中,700℃时,La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)的电导率可达到1.2×10^(-2)S·cm^(-1)。制备了不同阴极的燃料电池,与La_(1.95)Sr_(0.05)Ce_(2)O_(7-δ)-La_(0.9)Sr_(0.1)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)相比,Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)作为阴极时,各部分电阻整体降低,性能得到了提升,其单电池的峰值功率密度在700℃时可达到207 mW·cm^(-2),开路电压为0.813 V。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 质子导体 电解质 锶掺杂
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甲烷/甲醇固体氧化物燃料电池输出电特性与内部多物理场分布模拟研究 被引量：2
3
作者 李博涵 刘畅 +2 位作者 王朝阳 刘明 严俊杰 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期9-20,共12页
为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分... 为揭示固体氧化物燃料电池(SOFC)在不同种类燃料供应时电池内部多物理场之间的相互作用规律,建立并验证了多场耦合的三维平板式SOFC单电池模型,对比研究了以氢气、甲烷、甲醇为燃料的SOFC稳态性能差异,获得了电池内部温度场、浓度场分布特性和碳氢燃料在电池中的积碳特性。研究结果表明:甲烷燃料的预重整能够有效提高电池放电能力,预重整度提高20%,电池最大输出功率提高8%。与甲烷相比,甲醇燃料的预重整对电池输出功率影响较小。采用甲烷燃料能够降低电池因温度梯度过大而损坏的风险,电池阳极-气体流道交界面的最大温度梯度为10 K/cm,相比于以氢气作为燃料时的22 K/cm有明显的下降。研究获得了不同电压下电池内部的积碳速率分布特性,运行电压U降低会增大电池内部的积碳速率,U=0.5 V时甲烷燃料的积碳速率约为U=0.9 V时积碳速率的2倍以上。相比于甲烷作为燃料,选取甲醇作为SOFC电池的燃料时,电池内部具有更低的积碳风险。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 甲烷 甲醇 积碳
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甲烷混合燃料气内重整反应对平板式固体氧化物燃料电池性能影响 被引量：1
4
作者 宋明 仝佳佳 +3 位作者 蒋文春 钮瑞艳 胡佳旺 陈子豪 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期373-382,共10页
为研究经过预重整的含甲烷混合燃料气中甲烷浓度及内部重整对平板式固体氧化物燃料电池电化学性能和热机械性能的影响,建立甲烷内重整平板式固体氧化物燃料电池模型,并对多孔材料的弹性模量及泊松比进行修正,对比3种不同甲烷浓度条件下... 为研究经过预重整的含甲烷混合燃料气中甲烷浓度及内部重整对平板式固体氧化物燃料电池电化学性能和热机械性能的影响,建立甲烷内重整平板式固体氧化物燃料电池模型,并对多孔材料的弹性模量及泊松比进行修正,对比3种不同甲烷浓度条件下电池的综合性能。结果表明:在电化学性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,电池电流密度和功率密度逐渐增大,流道中甲烷的摩尔浓度沿燃料流动方向逐渐减小,氢气浓度沿流动方向呈先增大后减小的趋势,氢气的最大浓度逐渐远离燃料入口;热机械性能方面,随着混合燃料气中甲烷浓度的增大,位于金属连接体上的电池最大第一主应力和位于燃料出口的电池最大温度逐渐降低。适当提高混合燃料气中甲烷的浓度有利于平板式固体氧化物燃料电池的综合性能优化。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 重整反应 多物理场 电化学性能 热机械性能
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考虑多物理场耦合特性的固体氧化物燃料电池瞬态特性研究
5
作者 齐珂 王迪 +3 位作者 谢喆 陈东升 周云龙 孙灵芳 《化工学报》 北大核心 2025年第3期1264-1274,共11页
为了解决化石能源枯竭和环境污染的问题,固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为能量高效转换设备得到了快速发展。采用COMSOL软件建立平板式SOFC多物理场耦合模型,综合考虑电、热、流动和传质多物理场的相互作用,研究SOF... 为了解决化石能源枯竭和环境污染的问题,固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为能量高效转换设备得到了快速发展。采用COMSOL软件建立平板式SOFC多物理场耦合模型,综合考虑电、热、流动和传质多物理场的相互作用,研究SOFC在输出电压、空气流速和燃料流速变化条件下的局部瞬态响应特性。结果表明,在输出电压为0.5、0.6和0.8 V时,燃料流速突降为0,功率密度变化幅度分别为-67%、-60%和-56%;电池功能层平均温度变化幅度和趋势呈现显著差异;燃料流速对于电池性能的影响明显大于空气流速变化;由于电池中电化学反应的直接参与和电极表面的快速反应,导致输出电压变化时,功率密度的响应速度最快。本研究为SOFC的优化设计提供了重要的理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 COMSOL 瞬态响应 动态仿真 传热
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固体氧化物燃料电池用Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料直接扩散焊接连接性能
6
作者 韦守李 徐斌 +7 位作者 时婧 孙明月 程强 赵经香 常修亮 戴作强 李希超 郑莉莉 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期62-67,共6页
本研究提出将一种Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料的金属放置于阳极一侧,陶瓷放置于阴极一侧,从而避免“阴极毒化”现象。研究利用Gleeble 3500热模拟试验机在850~1150℃下对SUS430和Ti_(3)SiC_(2)进行直接扩散焊接,通过观察接头界... 本研究提出将一种Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料的金属放置于阳极一侧,陶瓷放置于阴极一侧,从而避免“阴极毒化”现象。研究利用Gleeble 3500热模拟试验机在850~1150℃下对SUS430和Ti_(3)SiC_(2)进行直接扩散焊接,通过观察接头界面的微观形貌,研究了焊接温度对接头结构和组织的影响。研究结果表明,当焊接温度低于950℃时,基体元素并未发现明显的互扩散,难以获得可靠接头;当焊接温度为1050℃时,SUS430与Ti_(3)SiC_(2)陶瓷界面之间已经实现了紧密贴合,呈现出不连续的锯齿状;当焊接温度高于1150℃时,Si挥发向SUS430基体扩散,使得Ti_(3)SiC_(2)产生拓扑分解,同时Fe、Cr向Ti_(3)SiC_(2)基体扩散,界面处产生了反应层,两种材料基本实现了有效连接。由于两种材料的热膨胀性能不匹配,会出现焊接裂缝,可考虑添加中间层进行扩散焊接,以获得结合更紧密的复合双极板材料。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 Ti_(3)SiC_(2) SUS430 扩散焊接 界面反应
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基于液态金属阳极的固体氧化物燃料电池碳基燃料转化与利用
7
作者 谷鑫 蒋一东 +1 位作者 史翊翔 蔡宁生 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期1-15,共15页
固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而,现有SOFC采用固态阳极,直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题,一直是研究人员持续攻关的重要挑战。... 固体氧化物燃料电池(SOFC)因其高发电效率、高燃料适应性、低排放优势备受关注。然而,现有SOFC采用固态阳极,直接供给碳或碳氢化合物等复杂燃料将导致电极内燃料输运困难、结焦、积碳、毒化等问题,一直是研究人员持续攻关的重要挑战。液态金属阳极是一类新型SOFC阳极,因其液态自修复属性而具有抗结焦积碳等特性,可实现碳与碳氢化合物燃料的快速稳定转化。首先对液态金属阳极的运行原理进行了简要介绍,并针对现有的几类常见液态金属电极的反应特性进行了总结,其中在SOFC常规运行温度(700~800℃)下,液态锑阳极对应的金属氧化物为液态,可以通过密度作用下的自然对流实现电极内部氧的高效输运,具有良好的反应特性,是目前转化各类碳基燃料最具潜力的液态金属电极。因此,重点归纳了固态碳燃料与各类碳氢燃料在液态锑阳极中的转化机制,并对液态金属阳极的催化作用与杂质耐受特性分别进行了综述。最后,面向液态金属阳极中金属-金属氧化物自循环造成的理论效率损失,通过热力学计算提出了一种基于液态金属阳极的自热重整策略,在此基础上将液态金属阳极SOFC作为一种气电联产的“电化学重整器”,并将反应生成的H_(2)、CO等简单气体小分子通入下游传统SOFC中,实现能量的梯级利用,有望发展一种燃料适应性广、能量效率高的综合性发电技术。 展开更多
关键词 液态金属阳极 固体氧化物燃料电池 碳 碳氢燃料 能量效率
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基于电池代理模型的固体氧化物燃料电池堆高效数值模型研究
8
作者 廖家伟 揭豪 +1 位作者 许超轶 洪伟荣 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第9期3493-3503,I0018,共12页
数值仿真技术在固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发展过程中至关重要,有助于探究内部物理参数分布和电化学特性,保证SOFC可靠运行,加快结构迭代优化。SOFC电堆是一个耦合多物理场、结构高度复杂的研究对象,其高昂的计算... 数值仿真技术在固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)发展过程中至关重要,有助于探究内部物理参数分布和电化学特性,保证SOFC可靠运行,加快结构迭代优化。SOFC电堆是一个耦合多物理场、结构高度复杂的研究对象,其高昂的计算成本阻碍了大规模电堆的仿真优化。基于代理模型技术,该文提出在三维电堆模型中内置电池代理模型的联合仿真方法,采用数据驱动的代理模型替代电池尺度部分物理过程,实现计算域上代数方程对偏微分方程的替换,从而提高电堆数值模拟效率。仿真结果表明,简化模型可预测堆内状态参数不一致分布,与原模型保持了较高的一致性,预测结果可靠。基于简化模型的电堆数值仿真可降低模型自由度,减少计算内存,提高35%的计算效率,并可实现更大规模电堆的数值计算。可知,简化建模思路及仿真模型对SOFC规模化仿真以及性能分析具有实用价值,对电堆规模放大设计有指导意义。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池堆 数值模拟 规模放大 数据驱动 Kriging代理模型
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甲醇重整固体氧化物燃料电池热电联产系统热力学分析与优化设计
9
作者 李青山 郝勇生 +2 位作者 翁方龙 韩敏芳 孙立 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第2期502-512,I0009,共12页
甲醇燃料因其来源广泛、易于储运的特点,在固体氧化物燃料电池的船舶应用方面具有较大的潜力。该文提出面向船舶平台的甲醇燃料固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)热电联产系统,基于甲醇重整反应动力学建立重整反应器模型... 甲醇燃料因其来源广泛、易于储运的特点,在固体氧化物燃料电池的船舶应用方面具有较大的潜力。该文提出面向船舶平台的甲醇燃料固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)热电联产系统,基于甲醇重整反应动力学建立重整反应器模型,通过Aspen Custom Model软件建立SOFC机理模型。针对甲醇重整过程水醇比及反应器温度、SOFC工作过程燃料利用率及工作温度双参数共同作用的影响进行详细分析。结果表明,甲醇重整过程最佳水醇比为1.3/1,最佳反应出口温度为280℃;SOFC最佳工作温度和燃料利用率分别为760℃和0.65;系统能量损失和(火用)损失随SOFC电功率增加而增加;SOFC电功率为50 kW时,SOFC电效率、系统能量效率和(火用)效率分别为59%、89%和41%。所提出的热电联产系统可实现高效热电供应,为SOFC船舶平台应用提供一定建议。 展开更多
关键词 甲醇蒸汽重整 固体氧化物燃料电池 低温催化燃烧 热力学性能
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固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展
10
作者 王亚丽 孙航宇 +4 位作者 李晓艳 李明川 付云枫 杜国山 陈宋璇 《中国有色冶金》 北大核心 2025年第3期36-46,共11页
固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质作为离子传输的重要载体,直接决定着SOFC的运行温度和电化学效率。根据SOFC的运行温度电解质材料分为高温电解质(>850℃)、中温电解质(650~850℃)和低温电解质(<650℃)。氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是... 固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质作为离子传输的重要载体,直接决定着SOFC的运行温度和电化学效率。根据SOFC的运行温度电解质材料分为高温电解质(>850℃)、中温电解质(650~850℃)和低温电解质(<650℃)。氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是高温电解质中应用最多的离子传导型电解质,其氧离子电导率偏低,高温运行条件下电池寿命短;氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)和LaGaO_(3)基电解质都适用于中温SOFC,ScSZ电解质因原材料成本较高限制了其商业化应用,LaGaO_(3)基电解质由多种元素合成制备,容易引入杂质相,进而增大材料内阻;氧化铈基(GeO_(2))材料和具有立方萤石型结构的氧化铋(δ-Bi_(2)O_(3))材料在低温环境中具有稳定的离子电导率,然而,这两种材料在氧化还原气氛下易被还原,从而导致SOFC电池内部短路;BaCeO_(3)基质子传导型电解质的研发尚处于初级阶段,其掺杂改性机理复杂,仍需要进行深入理论分析。未来,降低电解质材料使用温度、稳定电解质材料晶相结构、提高电解质材料离子电导率和降低电解质材料的制备成本是SOFC电解质研究和发展的重要方向。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 电解质 运行温度 离子电导率 晶相结构 制备成本 薄膜制备
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基于热应力分析的固体氧化物燃料电池结构优化
11
作者 熊星宇 马桂良 +3 位作者 吴云飞 王晓艾 梁考 彭苏萍 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第1期126-137,共12页
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高效的发电装置,其通过高温电化学反应直接将燃料中的化学能通过电化学反应转化为电能,具有极高的理论转换效率,但其内部运行温度高(超过700℃)、温差大,各结构组件在运行过程中... 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种高效的发电装置,其通过高温电化学反应直接将燃料中的化学能通过电化学反应转化为电能,具有极高的理论转换效率,但其内部运行温度高(超过700℃)、温差大,各结构组件在运行过程中易产生较大热应力,从而致使其内部微宏观结构发生形变,导致电化学催化反应性能衰退,严重情况下甚至会造成电堆结构损坏。改善电堆内的热应力分布可以提升电堆可靠性,降低结构损坏风险,延长电堆使用寿命。建立了5层平板式电堆的三维多物理场耦合数值模型,在保持阴极有效反应面积相同的情况下,分析了一系列应用不同长宽比单电池时其电堆的热应力变化。结果表明:调整单电池的长宽比对电堆内温度分布及各组件的热应力分布有显著影响,增加单电池长宽比能够改善电堆温度分布,有效降低电堆内热应力,改善堆内应力分布。当长宽比增加到2.8∶1时,与最常见的1∶1正方形单电池相比,电堆的最高温度从1128 K降低至1106 K,最大温差由107 K减小至81 K,除温度分布改善显著,应力分布的幅度可以减小40%以上,电解质内最大主应力由81.5 MPa降至46.8 MPa,阳极、阴极及密封胶内的最大主应力由46.3、31.3、21.1 MPa降低至21.1、11.3、9.7 MPa。因此,合理增大单电池长宽比是降低电堆热应力的有效途径。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 多物理场仿真 热管理 热应力 长宽比
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固体氧化物燃料电池Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)阴极材料的制备及电化学性能研究
12
作者 薛柯 蔡长焜 +2 位作者 谢满意 李舒婷 安胜利 《无机材料学报》 北大核心 2025年第4期363-371,I0001-I0004,共13页
PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PB... PrBaFe_(2)O_(5+δ)(PBF)是中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)技术最有前途的阴极材料之一。虽然,PBF的极化面电阻(ASR)与Co基阴极材料相近,但电子电导率低了一个数量级。针对此问题,目前已报道了各种掺杂优化策略。本研究用过量Pr替换PBF中的Ba,采用溶胶-凝胶法成功合成了PBF和Pr_(1+x)Ba_(1-x)Fe_(2)O_(5+δ)(PBFx,x=0.01、0.02、0.04)材料,并评价了其作为IT-SOFC阴极的电化学性能。结果表明,x=0.01时,过量Pr进入PBF的晶格间隙;x≥0.02时,过量0.01(摩尔分数)的Pr进入间隙位置,其余过量Pr置换PBF中的Ba。在650~800℃范围内,Pr过量提高了PBF的电导率,其中,PBF0.01的电导率最高,达到109.21 S·cm^(-1),提高了76%,这是由于Pr过量使电子传输路径缩短。而且,Pr过量使阴极产生的晶格应变和晶格位错密度降低了氧还原反应(ORR)活性,导致ASR略微增加。最终,本研究制备的Ni-SDC|SDC|PBF_(0.01)(SDC:Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(2-δ))单电池的峰值功率密度比PBF器件提高了49%,表明Pr过量可以显著提升阴极材料的电化学性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 PrBaFe_(2)O_(5+δ) 阴极 电化学性能
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直接组装法制备氧化铈基金属支撑固体氧化物燃料电池
13
作者 柴润宇 张镇 +1 位作者 王孟龙 夏长荣 《无机材料学报》 北大核心 2025年第7期765-771,共7页
传统的金属支撑固体氧化物燃料电池(Metal-supported solid oxide fuel cell,MS-SOFC)通常使用氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)作为电解质,工作温度约为800℃。为了使MS-SOFC能够在中低温下工作,本研究选择在低温... 传统的金属支撑固体氧化物燃料电池(Metal-supported solid oxide fuel cell,MS-SOFC)通常使用氧化钇稳定的氧化锆(Yttria stabilized zirconia,YSZ)作为电解质,工作温度约为800℃。为了使MS-SOFC能够在中低温下工作,本研究选择在低温下导电性较高的钆掺杂氧化铈(Gadolinium doped ceria,GDC)作为电解质,以促进MS-SOFC的实际应用。本研究采用流延法制备了薄膜阳极(NiO-GDC)和薄膜电解质(GDC),采用超声喷涂法制备了阴极材料La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3-δ)(LSCF)-GDC。将所得电池组装在金属支撑体上,制备了带有GDC薄膜电解质的MS-SOFC,并评价其电化学性能。在650℃时,电池的总阻抗为0.50Ω·cm^(2),其中欧姆阻抗为0.23Ω·cm^(2),极化阻抗为0.27Ω·cm^(2),最大功率密度为336 mW/cm^(2)。此外,电池在550℃、0.5 V恒定电压条件下运行100 h,电流密度没有明显衰减。温等静压与共烧结制备的电解质与阳极结合十分紧密,电池在长期运行后各层之间并未发生分层现象,这种结构稳定性为MS-SOFC的长期运行提供了保障。本研究通过流延-温等静压-直接组装法的工艺路线制备了具有优异电化学性能和长期稳定性的MS-SOFC,为中低温SOFC的工业化生产提供了新方案。 展开更多
关键词 金属支撑固体氧化物燃料电池 流延法 钆掺杂氧化铈
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Ce掺杂对固体氧化物燃料电池Sr_(2)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)阴极材料的改性研究
14
作者 赵佳乐 曾思梦 +3 位作者 林福华 张岩丽 王波 刘子璇 《化工新型材料》 北大核心 2025年第7期172-177,183,共7页
采用柠檬酸-甘氨酸燃烧法制备了一系列Ce掺杂的Sr_(2-x)Ce_(x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)材料,系统地研究了Ce掺杂对其晶体结构和电化学性能的影响。Ce掺杂提高了氧空位浓度和吸附氧的含量,有效提高了氧还原反应... 采用柠檬酸-甘氨酸燃烧法制备了一系列Ce掺杂的Sr_(2-x)Ce_(x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)材料,系统地研究了Ce掺杂对其晶体结构和电化学性能的影响。Ce掺杂提高了氧空位浓度和吸附氧的含量,有效提高了氧还原反应的活性。在600℃时,Ce掺杂使阴极的极化电阻(Rp)从3.182Ω·cm^(2)(SFM)降低至1.274Ω·cm^(2)(Sr_(1.85)Ce_(0.15)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)),降低了59.96%。Sr_(1.85)Ce_(0.15)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)阴极表现出良好的稳定性,在600℃的极化阻抗能够稳定在1.2Ω·cm^(2)长达160h。因此,Ce掺杂可以有效提升固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 Sr_(2)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ) 阴极 极化阻抗
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掺杂改性NaYTiO_(4)增强固体氧化物燃料电池阳极抗硫中毒性能
15
作者 渠吉发 王旭 +3 位作者 张维轩 张康喆 熊永恒 谭文轶 《无机材料学报》 北大核心 2025年第5期489-496,I0005,共9页
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种高效的能源转换装置,但是传统镍基阳极面临严重的硫中毒问题。本研究采用固相法制备了层状钙钛矿氧化物NaYTiO_(4),并通过异价离子掺杂进行改性。Ni成功进入钙钛矿层后形成NaYTi_(0.95)Ni_(0.05)O_(4),... 固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种高效的能源转换装置,但是传统镍基阳极面临严重的硫中毒问题。本研究采用固相法制备了层状钙钛矿氧化物NaYTiO_(4),并通过异价离子掺杂进行改性。Ni成功进入钙钛矿层后形成NaYTi_(0.95)Ni_(0.05)O_(4),掺杂的Ni不仅可以调控晶体的生长特性,还可以在还原条件下原位析出。层状钙钛矿中二维分布的碱金属和极性结构带来了优异的化学吸水能力和良好的抗硫中毒能力,材料的吸附氧比例可以借助Ni掺杂提升至64.5%,表现出更加卓越的性能。所得材料作为SOFC阳极表现出良好的电催化活性,以H_(2)为燃料的SOFC在800℃的最大功率密度为183.8 mW·cm^(–2),H_(2)燃料中添加0.1%H2S不仅没有出现明显的毒化现象,最大功率密度还提升了25.2%,并且SOFC能够在更易毒化的700℃稳定工作40 h,说明掺杂改性层状钙钛矿氧化物可以显著提升阳极的抗硫中毒性能。 展开更多
关键词 层状钙钛矿氧化物 掺杂 固体氧化物燃料电池 阳极 抗硫中毒
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多工况下固体氧化物燃料电池短堆变载特性研究
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作者 马秦慧 陈钢 +4 位作者 范光涛 罗书德 於震跃 朱波 徐心海 《热力发电》 北大核心 2025年第3期12-21,共10页
固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)是一种前景广阔的能量转化装置,具有清洁无污染、能量利用率高、燃料选择多样等优点,但SOFC常需要在变载工况下运行,导致其存在使用寿命缩短、性能衰退等问题。研究SOFC的变载特性和其运行... 固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)是一种前景广阔的能量转化装置,具有清洁无污染、能量利用率高、燃料选择多样等优点,但SOFC常需要在变载工况下运行,导致其存在使用寿命缩短、性能衰退等问题。研究SOFC的变载特性和其运行条件之间的关系,有助于提升电池输出性能、延长使用寿命及制定合理的控制策略。搭建了100W SOFC短堆测试系统,对多工况下SOFC电堆的变载特性进行了研究。结果表明:升高工作温度能够减小电堆的欧姆阻抗和总极化阻抗,从而增强电堆的稳态输出性能和动态响应性能;在中高电流段增加氢气流量可以减小浓差极化阻抗,从而有效增强电堆的极限输出性能和动态响应性能;增大空气流量对电堆性能提升较小;恒流量利用率策略下的响应电压处于终值电压±5%内,以恒电压方式变载,响应电流可以平滑地达到稳定值,相较于恒流量策略和恒电流变载方式,在恒流量利用率策略和恒电压变载方式下电堆体现出更良好的动态响应性能。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 电堆 变载特性 运行条件 运行策略
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固体氧化物燃料电池电堆及相关系统发展现状与展望
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作者 杜柯 林凯生 +5 位作者 宋琛 文魁 刘太楷 杨成浩 刘敏 LIAO Hanlin 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第10期3877-3891,I0026,共16页
固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为一种高效、绿色发电装置,推动其应用可为技术创新和经济增长提供关键机遇。当前SOFC发展重点在于高性能电堆组件研发、集成系统配置和使用寿命预测上。该文从多个维度梳理有关电池... 固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)作为一种高效、绿色发电装置,推动其应用可为技术创新和经济增长提供关键机遇。当前SOFC发展重点在于高性能电堆组件研发、集成系统配置和使用寿命预测上。该文从多个维度梳理有关电池单元、电堆组件和发电辅助系统的研究成果和未来发展挑战。基于对电堆失效行为和作用原理的理解,强调运用寿命预测技术对SOFC寿命优化的重要指导意义。现阶段SOFC发展仍面临着多重挑战,相关材料、制备工艺和预测模型还需进一步研究。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 电堆组件 发电辅助系统 寿命预测
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固体氧化物燃料电池与电解池中的甲烷氧化偶联研究进展
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作者 李春松 《石油化工》 北大核心 2025年第1期107-115,共9页
近年来,相比于传统制烯烃工艺的经济性与环保性,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯成为研究的热点,然而产物选择性偏低及甲烷与氧气混合的安全风险限制了它的商业应用。固体氧化物燃料电池及电解池因易于电化学调控且具备氧离子膜结构可以解决这... 近年来,相比于传统制烯烃工艺的经济性与环保性,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯成为研究的热点,然而产物选择性偏低及甲烷与氧气混合的安全风险限制了它的商业应用。固体氧化物燃料电池及电解池因易于电化学调控且具备氧离子膜结构可以解决这两项难题,并可耦合发电或者电解水和二氧化碳带来额外的商业价值。综述了利用固体氧化物燃料电池及电解池进行OCM反应的研究进展,重点分析了不同类型催化剂的优缺点,并讨论了电化学OCM的反应机理。未来需要进一步开发具备甲烷活化能力的离子电子混合导体材料作为催化剂,并辅以高温原位的检测技术与结合模拟计算来探究反应过程。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 甲烷氧化偶联
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阳极支撑构型BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3−δ)基质子导体固体氧化物燃料电池的制备及性能研究
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作者 陈美龙 李采丰 +4 位作者 吴学良 鲁欣洋 Dustin Banham 杜丽 陈旻 《陶瓷学报》 北大核心 2025年第3期506-514,共9页
质子导体固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)是一种采用全固态质子陶瓷导体为电解质的先进燃料电池技术。与传统氧离子导体SOFC相比,具有低运行温度、高性能稳定性、高燃料利用率等优点。然而,高化学稳定性BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3−δ)(BZY20... 质子导体固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)是一种采用全固态质子陶瓷导体为电解质的先进燃料电池技术。与传统氧离子导体SOFC相比,具有低运行温度、高性能稳定性、高燃料利用率等优点。然而,高化学稳定性BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3−δ)(BZY20)电解质的烧结活性差,导致BZY20基H^(+)-SOFC的电化学性能偏低。针对该问题,通过优化阳极支撑体和电解质膜在共烧结过程中的烧结收缩行为来促进BZY20电解质的致密化,研究了添加不同类型造孔剂的阳极支撑体孔结构和烧结收缩率,成功制备出构型为Ni-BZY20/BZY20/La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3−δ)BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.1)Yb_(0.1)O_(3−δ)纽扣电池。相比于玉米淀粉造孔剂,采用同等质量比的石墨造孔剂所制得电池的阳极孔隙率更高(~21%),且BZY20电解质膜的致密性好、晶粒较大,这些显微结构特征使其电化学性能也得到提升。在此基础上,进一步优化电解质膜制备工艺,将BZY20的厚度从39μm降至12μm,这一举措最终使得电池的欧姆电阻Ro降低了一半,且电池在600℃下的功率密度达到210 mW·cm^(−2)。 展开更多
关键词 质子导体固体氧化物燃料电池 造孔剂 阳极 BaZr_(0.8)Y_(0.2)O_(3−δ) 烧结收缩率
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新型Ba_(0.5)Sr_(0.5)(Co_(0.8)Fe_(0.2))_(1-x)Ni_(x)O_(3-δ)质子导体固体氧化物燃料电池阴极材料研究
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作者 邹鑫朝 翁演鑫 +1 位作者 林世鸿 古月圆 《应用化工》 北大核心 2025年第6期1409-1414,1421,共7页
基于B位变价金属阳离子共掺杂而设计了一种新型Ba_(0.5)Sr_(0.5)(Co_(0.8)Fe_(0.2))_(1-x)Ni_(x)O_(3-δ)(x=0,0.05,0.1,0.2)阴极材料,对其物相结构、化学兼容性、电化学性能和抗CO 2毒化性能进行了系统评估。研究发现,与Ba_(0.5)Sr_(0.... 基于B位变价金属阳离子共掺杂而设计了一种新型Ba_(0.5)Sr_(0.5)(Co_(0.8)Fe_(0.2))_(1-x)Ni_(x)O_(3-δ)(x=0,0.05,0.1,0.2)阴极材料,对其物相结构、化学兼容性、电化学性能和抗CO 2毒化性能进行了系统评估。研究发现,与Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(BSCF)相比,Ni的掺杂有利于氧空位的形成和氧还原反应活性的提升,然而,其金属氧化物碱度的增加牺牲了部分抗CO 2毒化性能。通过与电解质复合制备了复合阴极,并将其用于质子导体固体氧化物燃料电池(Proton conducting solid oxide fuel cells,H-SOFCs)。其中,Ba_(0.5)Sr_(0.5)(Co_(0.8)Fe_(0.2))_(0.9) Ni_(0.1) O_(3-δ)(BSCFN0.1)阴极表现出最优异的电化学性能。700℃时,BSCFN0.1阴极单电池的峰值功率密度高达1068 mW/cm^(2),比面积电阻低至0.059Ω·cm^(2)。BSCF衍生的BSCFN阴极材料展现出良好的性能,可能为质子导体固体氧化物燃料电池提供新的材料选择。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阴极材料 电化学性能 Ba_(0.5)Sr_(0.5)(Co_(0.8)Fe_(0.2))_(1-x)Ni_(x)O_(3-δ)
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