燃料辅助电解在固体氧化物电解池中的研究进展

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作者 郑国柱 张广君 +4 位作者 王健成 吴英豪 庄子辰 陈婷 王绍荣 《燃料化学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期183-197,共15页

固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis ... 固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)在CO_(2)转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而,较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis cell,FASOEC)可以将在固体氧化物电解池中生成的氧气与燃料反应,将燃料的化学能提供给电解反应,从而极大地降低电解池的电能消耗。另外,FA-SOEC可以利用碳氢燃料的部分氧化反应(POM)和氧化偶联反应(OCM)产生合成气及多碳烯烃等。因此,这种新颖的电解模式展现出极高的经济价值和巨大的应用潜力。本工作介绍了近年来FA-SOEC的研究进展,总结了使用不同辅助燃料的FA-SOEC工作原理、FA-SOEC与SOEC的热力学和动力学对比、FA-SOEC的数值模型研究及燃料辅助电极材料的研究进展,总结了其面临的关键问题与挑战,并对未来的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 燃料辅助固体氧化物电解池 固体氧化物电解池 辅助燃料 数值模拟 电极材料

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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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固体氧化物电解池的发展及研究现状 被引量：2

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作者 李晓艳 李星 +4 位作者 魏甲明 付云枫 陈宋璇 王玮玮 刘召波 《中国有色冶金》 CAS 北大核心 2024年第2期1-12,共12页

固体氧化物电解池(SOEC)可以高效、清洁地与可再生能源进行耦合并将其转化为化学能,是一种高效、环保的能量转化装置,但是存在长期运行性能衰减问题,这个问题也是固体氧化物电解水制氢实现大规模商业化的关键所在。本文简要介绍了SOEC... 固体氧化物电解池(SOEC)可以高效、清洁地与可再生能源进行耦合并将其转化为化学能,是一种高效、环保的能量转化装置,但是存在长期运行性能衰减问题,这个问题也是固体氧化物电解水制氢实现大规模商业化的关键所在。本文简要介绍了SOEC的发展历程、类别及其组成和运行原理;详细阐述了该项技术的优、缺点及运行成本;重点对SOEC性能衰减的因素进行了分析,SOEC的组成、运行模式、连接板材料及运行条件等是造成性能衰减的主要因素;最后通过论文和专利数量分析了固体氧化物电解池的研究现状和未来发展趋势,认为虽然固体氧化物燃料电池(SOFC)发展较为成熟,但迫于目前环境需求,为了充分利用清洁能源,降低碳排放,SOEC制氢技术的大规模商业化必然是未来行业的发展方向,目前SOEC性能的稳定及低成本制备是该技术发展面临的主要问题。 展开更多

关键词 固体氧化物电解池(SOEC) 制氢技术 电解池性能 制备成本 固体氧化物燃料电池(SOFC) 储能电池 清洁能源

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基于相变材料的固体氧化物电解池热管理策略研究

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作者 张雪洁 费宇轩 +3 位作者 李昂 孙铭远 朱磊 黄震 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-8,共8页

为了实现波动电压输入下高温固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)的有效热管理,提出了基于相变材料(phase change material, PCM)的热管理策略。建立了SOEC共电解水和二氧化碳的三维多物理场耦合模型,分析了基于PCM... 为了实现波动电压输入下高温固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)的有效热管理,提出了基于相变材料(phase change material, PCM)的热管理策略。建立了SOEC共电解水和二氧化碳的三维多物理场耦合模型,分析了基于PCM的热管理策略对SOEC温度、电流密度和化学反应速率等的影响。结果表明:使用PCM进行热管理能够有效抑制波动电压输入下SOEC内部的温度波动,避免SOEC内部产生剧烈的温度变化,同时能够显著提升温度均匀性。在电压从1.34 V增加至1.50 V再降至1.10 V这一动态输入过程中,使用PCM能够使电解池的最大温度从1 205 K降至1 151 K,降低了4.48%,最小温度则从1 114 K增加到了1 142 K,增加了2.51%,SOEC温度均匀性最大可达90.13%。基于PCM的热管理策略有利于SOEC长期稳定运行。 展开更多

关键词 电制合成燃料 固体氧化物电解池 共电解 热管理 相变材料

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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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氧离子传导型固体氧化物电解池燃料电极的研究进展 被引量：2

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作者 叶灵婷 谢奎 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期253-261,共9页

固体氧化物电解池可高效地电解H2O/CO2制备燃料,越来越受到人们的重视.本文对近年来在燃料电极(阴极)材料方面的研究进展进行了全面综述,指出各种阴极材料的优缺点及发展趋势,强调亟待解决的关键科学与技术问题.

关键词 固体氧化物电解池 燃料电极 水蒸气电解 二氧化碳电解 共电解

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两种固体氧化物燃料电池系统的故障建模与仿真对比研究（英文） 被引量：3

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作者 吴肖龙 许元武 +3 位作者 胡荣 邓忠华 付晓薇 李曦 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期408-419,共12页

固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的建模方式较多,而基于机理模型的故障诊断是能够通过系统的动态趋势辨别故障的有效手段之一,但该方法对机理模型的准确性有要求.此外,不同的燃料供给系统采用的系统结构也是有差异的,进而导致在相同故障下... 固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的建模方式较多,而基于机理模型的故障诊断是能够通过系统的动态趋势辨别故障的有效手段之一,但该方法对机理模型的准确性有要求.此外,不同的燃料供给系统采用的系统结构也是有差异的,进而导致在相同故障下SOFC系统的动态响应也是不同的.因此,本文基于两种燃料供应方式,提出了分别以纯氢气和天然气作为燃料的SOFC系统结构,并基于原有机理知识进行MATLAB/Simulink系统建模.经与真实SOFC系统实验对比,搭建的系统模型能够有效模拟系统在无故障状态下的动态变化;另外,在无故障模型的基础上,分别加入两类常见故障,其一为风机故障,其二为燃料供应管路泄露.最后通过仿真分析,明确了所搭建模型的合理性,且发现了两种燃料供应对SOFC系统热响应特性是不同的,对SOFC系统故障的检测和设备选型具有重要意义. 展开更多

关键词 建模仿真 固体氧化物燃料电池 故障分析 纯氢气和天然气系统 故障仿真 辅助设备故障

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固体氧化物电池Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极材料的电化学性能 被引量：2

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作者 于旺 孙超 +4 位作者 齐冀 卞刘振 彭继华 彭军 安胜利 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2020-2027,共8页

本文系统研究了Sr缺位对Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极材料晶体结构、电导率和电化学性能的影响规律。结果表明Sr缺位导致晶胞体积增大,降低了氧溢出的温度,增强了材料内部晶格氧的活性,Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)材... 本文系统研究了Sr缺位对Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极材料晶体结构、电导率和电化学性能的影响规律。结果表明Sr缺位导致晶胞体积增大,降低了氧溢出的温度,增强了材料内部晶格氧的活性,Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)材料具有最大的电导率为38.4 S/cm。Sr缺位提高了材料的氧还原反应活性,800℃时Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)、Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)、Sr_(1.9)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)对称电池在空气下的极化电阻分别为0.102、0.070和0.096Ω·cm^(2)。燃料电池模式下,阳极支撑的NiO-YSZ(SL)/NiO-YSZ(FL)/YSZ/SDC/Sr_(1.95)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)单电池在850、800、750和700℃下的峰值功率密度分别达到1459、953、682和420 mW/cm^(2)。电解池模式下单电池在20%H_(2)O-H_(2)、800℃和1.5 V电压下的电流密度达到-1300 mA/cm^(2)。同时电解池在800℃和-500 mA/cm^(2)条件下稳定运行了100 h,单电池的衰减速率约为0.001 V/h,表现出良好的运行稳定性。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 水电解 Sr_(2-x)Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_(6-δ)氧电极 Sr缺位

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Mn基A位双钙钛矿材料在固体氧化物电池中的研究进展 被引量：1

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作者 张旸 朱良柱 +1 位作者 官万兵 赵海雷 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2022年第5期816-824,共9页

固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)可以在燃料电池模式下将燃料的化学能转化为电能,也可以在电解池模式下将电能转化为燃料的化学能,具有能量转换效率高、燃料适应性强等优点,对于可再生能源的储存与转化非常有吸引力。电极作为电... 固体氧化物电池(Solid Oxide Cell,SOC)可以在燃料电池模式下将燃料的化学能转化为电能,也可以在电解池模式下将电能转化为燃料的化学能,具有能量转换效率高、燃料适应性强等优点,对于可再生能源的储存与转化非常有吸引力。电极作为电化学反应场所,对SOC性能起关键作用。相比于传统复合电极材料,钙钛矿材料因其结构简单、结构容忍性强、电化学性质可调而受到人们广泛关注。Mn基A位层状双钙钛矿(LnBaMn_(2)O_(5+δ),Ln为镧系元素)具有快速氧离子迁移通道,对燃料气与氧气均具有较好的催化活性,且在较宽氧分压下均保持良好的结构稳定性,被广泛应用于SOC正负两极。详细描述了Mn基A位双钙钛矿材料的晶体结构特征及形成原因,讨论了其改性方法及研究进展,并给出了Mn基A位层状双钙钛矿未来的发展方向。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 A位双钙钛矿 晶体结构 催化

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SrTiO_(3)基可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展

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作者 刘峥嵘 杨甲铭 +6 位作者 付磊 周礼凯 吴可 李晴皓 王璇 周峻 吴锴 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第21期1-8,共8页

可逆固体氧化物电池(RSOC)因具备高效可逆的发电和电解产氢性能,被认为是一种具有良好发展前景的能源转化设备。然而,缺乏高活性和稳定性的电极材料是限制RSOC广泛应用的主要因素之一。传统的燃料电极一般采用浸镍的氧化钇稳定氧化锆(Ni... 可逆固体氧化物电池(RSOC)因具备高效可逆的发电和电解产氢性能,被认为是一种具有良好发展前景的能源转化设备。然而,缺乏高活性和稳定性的电极材料是限制RSOC广泛应用的主要因素之一。传统的燃料电极一般采用浸镍的氧化钇稳定氧化锆(Ni-YSZ)材料,而氧电极则以钙钛矿型的氧化物居多。目前使用的燃料电极和氧电极的电化学性能都存在一定的不足。近期,诸多研究报道SrTiO_(3)基钙钛矿材料具有良好的稳定性和电化学性能,有望成为RSOC电极的热门候选材料。近年来,虽然对RSOC电极的研究较多,但是缺乏对该类材料系统的归纳和总结。因此,本文综述了SrTiO_(3)基钙钛矿材料在RSOC电极方面的应用进展。首先,系统分析了SrTiO_(3)基钙钛矿材料在RSOC燃料电极和氧电极的研究现状,介绍了目前常用的SrTiO_(3)改性的手段和策略,如掺杂其他元素、构建非ABO_(3)化学计量比氧化物、构建复合材料以及利用原位纳米颗粒出溶技术等;其次,探讨了SrTiO_(3)基钙钛矿材料应用于对称结构RSOC电极的可行性;最后,结合构建未来新一代RSOC高性能能源互联器件,展望了SrTiO_(3)基钙钛矿材料在RSOC中的应用前景,并提出了亟需解决的问题。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物电池(RSOC) 固体氧化物燃料电池(SOFC) 固体氧化物电解池(SOEC) 钛酸锶

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A位缺陷型La_(6)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)材料的制备及电解CO_(2)性能

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作者 常宏 牛佳春 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第12期4649-4656,共8页

为了进一步提高La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(LSCrF)基钙钛矿型氧化物的催化活性,在LSCrF材料的A位引入非化学计量缺陷,制备了A位缺陷型La0.6Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(A-LSCrF),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子... 为了进一步提高La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(LSCrF)基钙钛矿型氧化物的催化活性,在LSCrF材料的A位引入非化学计量缺陷,制备了A位缺陷型La0.6Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(A-LSCrF),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔隙度分析(BET)、热重分析(TGA)以及电化学测试等综合表征技术,探究了材料的物理化学性质及电化学性能。结果表明,A-LSCrF样品粉体颗粒均匀,比表面积和平均孔径分别为1.70 m^(2)·g^(-1)和14.08 nm,且在工作条件下会产生更多氧空穴,这有利于提高A-LSCrF的催化活性。在2.00 V时LSCrF基单电池的电流密度为0.73 A·cm^(-2),而A-LSCrF基单电池的电流密度可达1.38 A·cm^(-2)。以上结果说明A位引入非化学计量缺陷可以有效增加A-LSCrF氧空穴的浓度,从而提高A-LSCrF电解CO_(2)的性能。 展开更多

关键词 固体氧化物电解池 燃料极 A位缺陷 氧空穴 催化活性 电化学性能

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聚合物辅助燃烧法合成YBa1-xSrxCo2O5+δ纳米粉体 被引量：1

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作者 周丽红 胡碧康 +3 位作者 喻云泰 张凯祥 王宇迪 陈翔 《化学与生物工程》 CAS 2019年第6期30-33,共4页

在碱性条件(pH=8~9)下,采用聚合物辅助燃烧法合成了YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ( x =0、0.5)四方相双钙钛矿结构纳米粉体,考察了焙烧温度和保温时间对粉体合成的影响;通过XRD和FSEM对纳米粉体的物相结构和微观形貌进行了表征,并测试了YBa ... 在碱性条件(pH=8~9)下,采用聚合物辅助燃烧法合成了YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ( x =0、0.5)四方相双钙钛矿结构纳米粉体,考察了焙烧温度和保温时间对粉体合成的影响;通过XRD和FSEM对纳米粉体的物相结构和微观形貌进行了表征,并测试了YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ阴极半电池在600~800 ℃空气条件下的电化学阻抗谱。结果表明,焙烧温度以 1 000 ℃为宜,保温时间对YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ纳米粉体的物相影响较大;YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ纳米粉体颗粒均匀,平均粒径约为100 nm;YBa 1- x Sr x Co 2O 5+δ阴极半电池具有良好的电催化活性,表明Sr替代部分Ba可以提高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 YBa1-xSrxCo2O5+δ纳米粉体 聚合物辅助燃烧法 阴极

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不同方法制备的Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(1.9)(SDC)性能对比 被引量：5

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作者 尹艳红 杨书廷 +1 位作者 夏长荣 孟广耀 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期56-59,共4页

分别采用沉淀法、凝胶辅助的固相反应法和甘氨酸-硝酸盐法制备了钐掺杂的氧化铈材料,结果表明,用后两种方法制备的粉体能够满足固体电解质的要求,其中,凝胶辅助的固相反应法制备的粉体粒度约为20～100 nm,甘氨酸-硝酸盐法制备的粉体粒... 分别采用沉淀法、凝胶辅助的固相反应法和甘氨酸-硝酸盐法制备了钐掺杂的氧化铈材料,结果表明,用后两种方法制备的粉体能够满足固体电解质的要求,其中,凝胶辅助的固相反应法制备的粉体粒度约为20～100 nm,甘氨酸-硝酸盐法制备的粉体粒度更小,表现为许多超细纳米颗粒的团聚体.二者烧结体的致密度分别可以达到95%和97%,800 ℃时的电导率分别为0.071 S/cm和 0.074 S/cm. 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 钐掺杂的氧化铈 共沉淀法 凝胶辅助的固相反应法 甘氨酸-硝酸盐法

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光伏、光热联合SOC制氢、发电系统设计 被引量：7

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作者 吕泽伟 韩敏芳 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2017年第2期275-279,共5页

为了解决光伏发电和光热发电共同面临的储能困难问题,构建了一种结合光热制汽、光伏发电、固体氧化物电解池(SOEC)电解水制氢以及固体氧化物燃料电池(SOFC)发电互补的可持续发电系统,并进行了系统参数以及能效优化平衡计算。结果表明,... 为了解决光伏发电和光热发电共同面临的储能困难问题,构建了一种结合光热制汽、光伏发电、固体氧化物电解池(SOEC)电解水制氢以及固体氧化物燃料电池(SOFC)发电互补的可持续发电系统,并进行了系统参数以及能效优化平衡计算。结果表明,以日光照5 h为基础时,1 MW发电量的发电系统由8.407 MW的光伏系统、加热功率6.756 MW的光热系统、制氢速率0.0698 kg/s的SOEC系统以及1 MW的SOFC发电系统构成。系统全天发电效率可以达到9.4%,考虑到假设条件比较严苛,能够说明系统整体具有可行性。此外,系统的产出还包括制取的纯氧,可以作为副产品加以存储利用。该系统利用光热系统产生的高温蒸汽进行高温电解,能够有效降低电能消耗,从而提高储能效率。这种抽取部分过剩电力电解高温蒸汽的储能方式也可以应用到其它可再生能源发电系统当中,在高效储能的同时起到削峰填谷的作用。 展开更多

关键词 光伏发电 光热发电 固体氧化物燃料电池 固体氧化物电解池 太阳能制氢

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Ce掺杂La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)材料的制备及其电化学性能 被引量：2

15

作者 常宏 常香玉 +1 位作者 苏世阳 陈绘丽 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第3期1012-1019,共8页

近年来化石燃料大量消耗导致环境污染日益严重,固体氧化物电解池(SOEC)能够高效、环境友好地将CO_(2)转化为CO等高附加值化学品,因此受到广泛关注。开发高效稳定的SOEC需要采用性能优异的电极材料,La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3... 近年来化石燃料大量消耗导致环境污染日益严重,固体氧化物电解池(SOEC)能够高效、环境友好地将CO_(2)转化为CO等高附加值化学品,因此受到广泛关注。开发高效稳定的SOEC需要采用性能优异的电极材料,La_(0.7)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(Sto-LSCrF)钙钛矿氧化物因其优异的氧化还原稳定性受到了高度重视。为进一步提高Sto-LSCrF燃料电极材料电解CO_(2)的能力,在Sto-LSCrF的A位掺杂Ce来调控Ce_(0.08)La_(0.62)Sr_(0.3)Cr_(0.5)Fe_(0.5)O_(3-δ)(Ce-LSCrF)中可移动氧空穴含量以便提高其对CO_(2)的吸附/活化能力,进而改善其电化学性能。同时对材料的相结构、氧空穴含量以及其对CO_(2)的吸附/脱附能力进行详细的表征和分析。此外,我们还探究了Ce-LSCrF的电化学性能,发现与Sto-LSCrF相比,Ce-LSCrF燃料电极表现出较高的电解性能,也显示出较好的恒压稳定性,电解性能的增强归因于Ce-LSCrF晶格中较多的可移动氧空位可有效吸附/活化CO_(2),以上试验结果表明Ce-LSCrF是性能优异的CO_(2)电解材料。 展开更多

关键词 固体氧化物电解池 钙钛矿 电解CO_(2) 氧空穴 燃料电极 CE掺杂

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