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质子型固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展 被引量：2
1
作者 黄祖志 章慧麟 +1 位作者 罗凌虹 王绍荣 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2020年第5期593-601,共9页
质子型固体氧化物燃料电池(H-SOFC)具有广泛的应用前景,其阴极材料是目前研究的热点。本文综述了H-SOFC阴极材料的研究进展,分别对H-SOFC单相阴极和复相阴极的反应机理及影响单相阴极材料的质子化能力和复相阴极的三相界面(TPB)的因素... 质子型固体氧化物燃料电池(H-SOFC)具有广泛的应用前景,其阴极材料是目前研究的热点。本文综述了H-SOFC阴极材料的研究进展,分别对H-SOFC单相阴极和复相阴极的反应机理及影响单相阴极材料的质子化能力和复相阴极的三相界面(TPB)的因素进行了讨论,论述了改善H-SOFC阴极材料的热膨胀系数(TEC)和耐CO2性能的方法,介绍了相应材料的设计与开发。获得高的氧还原反应(ORR)活性和耐CO2性能,同时与质子型电解质保持良好的热膨胀匹配性是未来H-SOFC阴极材料的研究方向。 展开更多
关键词 质子型固体氧化物燃料电池 阴极材料 反应机理 热膨胀系数 耐CO2
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质子传导型固体氧化物燃料电池缺位型PrBaCo_(2)O_(5+δ)阴极材料的制备及性能研究
2
作者 刘志军 王保瑞 +3 位作者 刘铭蕙 李志义 刘凤霞 魏炜 《现代化工》 北大核心 2025年第S2期398-403,共6页
通过阴极材料设计优化氧还原反应(ORR)动力学迟缓特性,从而提升质子传导型固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)在中低温下的性能。采用溶胶-凝胶法制备了A位Pr^(3+)缺位型Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)钙钛矿阴极材料,利用共压法制备了阳极支... 通过阴极材料设计优化氧还原反应(ORR)动力学迟缓特性,从而提升质子传导型固体氧化物燃料电池(H^(+)-SOFC)在中低温下的性能。采用溶胶-凝胶法制备了A位Pr^(3+)缺位型Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)钙钛矿阴极材料,利用共压法制备了阳极支撑型固体氧化物燃料电池。实验表明,相比于传统的PrBaCo_(2)O_(5+δ),A位Pr~(3+)缺位制备的Pr_(0.95)BaCo_(2)O_(5+δ)晶胞体积收缩,能有效提升氧空位浓度,提高Co~(4+)的比例,显著增加了ORR活性。微观结构表征结果显示,由此材料构建的单电池各层结构结合更加紧密,材料颗粒内部及晶界处均呈均匀分布,未出现明显元素聚集。在750℃下,单电池峰值功率密度达到625 mW/cm^(2),较以传统PrBaCo_(2)O_(5+δ)构建的单电池性能提升35%,极化阻抗低至0.037Ω·cm^(2)。研究结果揭示了缺陷工程能有效改善现有H^(+)-SOFC在中低温下工作性能低的缺点,为开发高效稳定的阴极材料提供了新思路。 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 氧空位 极化阻抗
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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
3
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
4
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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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
5
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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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
6
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
7
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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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 被引量：1
8
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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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
9
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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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 被引量：1
10
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用Ti_(3)SiC_(2)/SUS430复合双极板材料直接扩散焊接连接性能
11
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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氨固体氧化物燃料电池研究进展
12
作者 陈江萍 林倩 +4 位作者 章昊宇 林立 方辉煌 罗宇 江莉龙 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第19期7655-7669,I0041,共16页
以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(Ammonia-fueled solid oxide fuel cells,NH_(3)-SOFCs)因安全高效及无碳运行等优点,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景。近年来,NH_(3)-SOFCs有显著研究进展,但由于阳极/阴极反应... 以氨为燃料的固体氧化物燃料电池(Ammonia-fueled solid oxide fuel cells,NH_(3)-SOFCs)因安全高效及无碳运行等优点,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景。近年来,NH_(3)-SOFCs有显著研究进展,但由于阳极/阴极反应的复杂性、结构的多样性和催化材料的可选性等关键科学问题尚不清晰,仍有待进一步研究。该文从电池结构、工作原理、阴阳极催化反应作用机制、阳极/阴极/电解质材料和电池/电堆的等方面梳理质子/氧离子传导型NH_(3)-SOFCs的研究进展,并对燃料电池/电堆不同组成结构类型进行介绍和进展分析,对与燃料电池发电系统等领域提出建议与展望。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 氨 氢能 催化反应机理 电极材料
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燃料利用率和再循环比对可逆固体氧化物电池系统性能的影响分析
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作者 于诗魁 王丽霞 +2 位作者 李承周 张雨檬 王利刚 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第17期6854-6862,I0020,共10页
固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角... 固体氧化物电池可在燃料电池发电模式和电解制氢模式间切换,实现电能与化学能之间高效转化的同时大幅提高装备利用率,因此应用推广潜力大。该文建立再循环可逆固体氧化物电池发电/制氢双模式系统仿真模型,从效率、电压和流量等参数的角度解析燃料利用率与再循环比对可逆系统性能的影响机制。结果表明,发电模式下,提高燃料利用率可提高电堆输出功率,增大再循环比可通过减少燃料流量降低系统能耗,二者协同作用下系统效率最高可达52.07%;制氢模式下,提高燃料利用率可降低电堆制氢耗功,但增大再循环比使得电加热耗功减少的同时制氢耗功增大,二者共同作用下系统效率最高可达79.62%。 展开更多
关键词 可逆固体氧化物电池 燃料利用率 再循环 性能分析 余热利用
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固体氧化物燃料电池支撑体研究进展
14
作者 王亚丽 李晓艳 +6 位作者 孙航宇 付云枫 刘召波 杜国山 刘君 陈宋璇 胡蒙蒙 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第7期2590-2601,共12页
固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转换为电能,具有环保无污染、发电效率高、燃料适应性广等独特优势,被认为是高效的绿色燃料电池技术。支撑体作为SOFC的核心组成部件,对于电池的机械强度、组装工艺和电化学性能起着至... 固体氧化物燃料电池(SOFC)可以直接将燃料的化学能转换为电能,具有环保无污染、发电效率高、燃料适应性广等独特优势,被认为是高效的绿色燃料电池技术。支撑体作为SOFC的核心组成部件,对于电池的机械强度、组装工艺和电化学性能起着至关重要的作用。本文通过对近期相关文献的探讨,按照支撑体的主体结构分类,主要介绍了电解质支撑体、电极支撑体(阳极支撑体和阴极支撑体)和金属支撑体的材料组成、作用特点及制备方法,重点综述了不同结构的支撑体的研究现状,详细分析了影响支撑体材料选择和电池性能的关键因素。结合已有的研究报道,明确指出了提高电解质支撑体的强度和减薄电解质支撑体的厚度、稳定阳极支撑体的结构和抑制阳极支撑体的积碳、降低阴极支撑体的浓差极化、增加金属支撑体的抗氧化性和改善金属支撑体的适配性、同步开发与各支撑体结构相匹配的SOFC关键材料是当前及未来的研究重点,也是实现SOFC低温化、低成本和长期稳定运行的关键。本文为SOFC的进一步发展提供了借鉴和参考。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池(SOFC) 支撑体结构 电池性能
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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
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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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固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展
16
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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煤制甲醇耦合固体氧化物燃料电池混合系统研究
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作者 张彬怡 孙少东 +3 位作者 姚谦 蔡文河 张惠宇 李成新 《化工学报》 北大核心 2025年第9期4658-4669,共12页
针对某大型煤化工厂产生的约15000 m^(3)/h(标准工况)非渗透气作为废气燃料直接火炬燃烧导致的能源浪费问题,提出在原有煤制甲醇系统中引入固体氧化物燃料电池(SOFC)热电系统,开展煤化工与SOFC和透平发电技术耦合技术研究。使用仿真软件... 针对某大型煤化工厂产生的约15000 m^(3)/h(标准工况)非渗透气作为废气燃料直接火炬燃烧导致的能源浪费问题,提出在原有煤制甲醇系统中引入固体氧化物燃料电池(SOFC)热电系统,开展煤化工与SOFC和透平发电技术耦合技术研究。使用仿真软件Aspen Plus建立煤制甲醇耦合SOFC系统的工艺流程,模拟SOFC进气温度、电流密度、气体利用率以及制甲醇流程弛放气循环比例对系统功率、效率的影响,并计算该耦合方案的经济成本。结果表明,与原煤制甲醇系统相比,非渗透气回收100%,其中85%用于燃料电池发电,系统额外产生13000 kW的电力,综合能量利用率提升2%,该系统在能源有效利用和缓解化工厂用电压力方面具有优越性,为现代煤化工产业绿色转型与SOFC商业化发展提供了思路。 展开更多
关键词 煤制甲醇 固体氧化物燃料电池 模拟技术
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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
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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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高能大气等离子喷涂功率对固体氧化物燃料电池电解质组织与性能的影响
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作者 赵澳婷 宋琛 +7 位作者 匡同春 张梦婷 杜心海 刘太楷 文魁 毛杰 张小锋 刘敏 《表面技术》 北大核心 2025年第20期217-227,共11页
目的提高GDC电解质的致密度和GDC电池的电化学性能。方法通过配备Metco Triplex Pro-210喷枪的大气等离子喷涂系统(APS)分别在70、75和80 kW的喷涂功率下制备了GDC电解质。利用spray watch 2i、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和电化... 目的提高GDC电解质的致密度和GDC电池的电化学性能。方法通过配备Metco Triplex Pro-210喷枪的大气等离子喷涂系统(APS)分别在70、75和80 kW的喷涂功率下制备了GDC电解质。利用spray watch 2i、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和电化学工作站等检测设备对粒子的飞行状态以及涂层微观形貌、力学性能、电化学性能进行表征。系统探究喷涂功率对GDC电解质致密性和电池输出性能的影响。结果80 kW喷涂功率下GDC粒子的沉积效果最好,沉积的涂层中的孔洞和裂纹数目最少,涂层孔隙率为5.26%。此时的GDC涂层具有较好的力学性能,其硬度和弹性模量值分别为(6.93±0.12)、(173.23±17.04)GPa。在600℃下,80 kW电池的开路电压为0.91 V,峰值功率密度为219.86 mW/cm^(2),欧姆阻抗为0.64Ω·cm^(2),电导率为0.0094 S/cm。结论80 kW喷涂功率下GDC粒子的沉积效果最好,涂层的力学性能、组织性能以及电化学性能等综合性能最佳。 展开更多
关键词 金属支撑型固体氧化物燃料电池 大气等离子喷涂 Metco Triplex Pro-210喷枪 喷涂功率 电化学性能
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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
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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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