氢电极支撑可逆固体氧化物电池性能及电化学不对称性优化

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作者 韩倩雯 朱腾龙 +2 位作者 吕秋秋 俞马宏 钟秦 《物理化学学报》 北大核心 2025年第1期90-96,共7页

Ni-YSZ(镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现,氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示,采... Ni-YSZ(镍-氧化钇稳定的氧化锆)氢电极支撑固体氧化物电池(SOC)在可逆运行模式下(R-SOC)普遍存在电化学不对称性现象。本文通过实验研究发现,氢电极扩散阻抗及电解质欧姆阻抗同时是R-SOC性能及不对称性的显著影响因素。研究结果显示,采用大孔氢电极和薄膜隔离层显著提升了R-SOC性能并减小了不对称性,在750℃、50%H_(2)O和0.3 V偏压工况下,单电池的发电及电解电流密度分别达到了0.752和0.635 A∙cm^(−2),电流密度不对称度Δj仅为0.117 A∙cm^(−2)。研究结果对于高性能氢电极支撑SOC单电池的结构设计、制备和可逆运行具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物电池 电化学不对称性 氢电极扩散阻抗 欧姆阻抗 薄膜隔离层

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可逆固体氧化物电池电极材料的研究进展

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作者 顾佳敏 卜云飞 《新能源科技》 2024年第2期1-19,33,共20页

可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响,并深入分析了钙... 可逆固体氧化物电池电极材料在应对能源挑战和降低环境污染方面具有重要作用。文章介绍了固体氧化物燃料电池和电解电池的工作原理及它们结合成可逆固体氧化物电池的优点。着重讨论了电极材料选择对电池性能的重大影响,并深入分析了钙钛矿氧化物材料在氧电极氧还原/氧析出反应动力学提升方面的作用。此外,探讨了采用掺杂、离子缺陷引入、合成方法改进以及机器学习等策略来优化电极性能。同时,指出了燃料电极在不同运行模式下面临的挑战,如结构劣化和碳沉积等,为高效、稳定的可逆固体氧化物电池发展提供了新视角和方法。 展开更多

关键词 固体氧化物电池 可逆 电极 机器学习

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船用一体式可逆固体氧化物燃料电池的催化反应机理和传递过程的数值模拟分析 被引量：1

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作者 阚安康 束晨 +2 位作者 杨超 景秀辉 李平 《上海海事大学学报》 北大核心 2020年第4期108-116,共9页

为研究可逆固体氧化物燃料电池(reversible solid oxide fuel cell,RSOFC)的催化反应机理和传递过程,基于多物理场传递和多步基元反应模型,采用合成气燃料,建立二维数学模型描述双向可逆工作过程,并通过实验进行验证。结果表明:电极吸... 为研究可逆固体氧化物燃料电池(reversible solid oxide fuel cell,RSOFC)的催化反应机理和传递过程,基于多物理场传递和多步基元反应模型,采用合成气燃料,建立二维数学模型描述双向可逆工作过程,并通过实验进行验证。结果表明:电极吸附和解附反应分别集中于靠近气体通道和靠近电解质的区域;电极厚度和多孔微结构特征对气体扩散和表面成分分布影响显著。电化学反应集中在靠近电解质层的100μm内。Ni s和CO s是发电和电解的主要表面成分。与宏观气体反应模型相比,表面基元反应模型的结果与实验值更接近。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物燃料电池(RSOFC) 船用电池 可逆工作 基元反应 电极厚度

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可逆固体氧化物电池模式切换时的动态特性分析 被引量：1

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作者 赵鸿飞 周峻 +3 位作者 宗正 陈前昌 解振学 吴锴 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1577-1582,共6页

在发电和电解模式下,可逆固体氧化物电池(RSOC)电堆内部的热质传输差异较大,导致其工作模式切换时电堆的输出稳定性较差,不利于其长期运行。文章基于有限元数值仿真,建立多物理场耦合的三维模型对RSOC模式切换时的动态特性进行研究。研... 在发电和电解模式下,可逆固体氧化物电池(RSOC)电堆内部的热质传输差异较大,导致其工作模式切换时电堆的输出稳定性较差,不利于其长期运行。文章基于有限元数值仿真,建立多物理场耦合的三维模型对RSOC模式切换时的动态特性进行研究。研究结果表明:在RSOC进行模式切换时,电流密度会产生短暂的超调现象;电流密度超调量的大小与压强无关,稳态时的电流密度随着压强的增大而增大;在模式切换前后,电池工作温度由逐渐上升改为逐渐下降并趋于稳定。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物电池 数值仿真 模式切换

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计及电价波动的可逆固体氧化物电池“发电-电解产气”综合能源系统建模分析 被引量：1

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作者 李儒欢 余浩宇 +4 位作者 张旭征 张自航 吴锴 周峻 成永红 《全球能源互联网》 CSCD 2023年第5期447-458,共12页

综合能源系统是今后分布式发电站的重要发展方向之一。为了分析计及电价响应和电网激励对电转气(power to gas,P2G)技术的影响,建立了一个结合沼气厂的可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell, RSOC)热-电-气综合能源系统模型... 综合能源系统是今后分布式发电站的重要发展方向之一。为了分析计及电价响应和电网激励对电转气(power to gas,P2G)技术的影响,建立了一个结合沼气厂的可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell, RSOC)热-电-气综合能源系统模型。利用GAMS仿真软件分析了案例中引入的不同能量消耗方式对系统的影响,比较了热电联产(combined heat and power, CHP)和RSOC两种消耗沼气生产电力和热能方式的优劣,分析了电价波动对综合能源系统的投资成本和“弃风、弃光”的决策影响。引入RSOC之后带来的高电能转化率与CHP产生的高热量转化率相配合,能减少系统的投资成本,使可再生能源得到更合理地配置;引入沼气储罐可以平衡每天的供需要求,使系统的自耗电能力得到大幅提升,系统从电网购电降低了20%。随着电价持续增长,沼气储罐和RSOC的最优投资容量逐渐增加。当电价增长一倍时,最优系统案例中从电网购电量同比降低89.944%,同时系统的投资成本增速比传统系统慢。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物燃料电池 沼气池 热电联产装置 综合能源系统

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溶液浸渍法优化可逆固体氧化物电池氧电极研究进展 被引量：2

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作者 张旭 田彦婷 +1 位作者 吴萍萍 丁利利 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期64-72,共9页

可逆固体氧化物电池(RSOC)作为一种清洁高效的全固态、双模式能量转换装置,可以实现电能和化学能的可逆转换,在能源与环境问题日益严重的今天,其研究具有十分重要的意义。由于RSOC需在固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)... 可逆固体氧化物电池(RSOC)作为一种清洁高效的全固态、双模式能量转换装置,可以实现电能和化学能的可逆转换,在能源与环境问题日益严重的今天,其研究具有十分重要的意义。由于RSOC需在固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)2种模式下交替运行,这就要求电极材料具有良好的电催化活性和物理化学稳定性,其中,氧电极的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的催化活性以及氧化还原稳定性成为影响电池性能的重要因素。为了提高氧电极的电子、离子导电性和催化活性,通常需要采用两相、多相复合的方法来提高电极的综合性能。溶液浸渍法不仅可以将材料之间因热膨胀系数(TEC)不匹配或化学相互作用带来的影响最小化,同时可以增加氧电极的比表面积、增大催化反应活性区等。综述了溶液浸渍法优化RSOC氧电极的研究现状及研究成果,并对其未来的发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 可逆固体氧化物电池 氧电极 浸渍法

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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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面向调频应用的扁管式可逆固体氧化物电堆控制特性分析 被引量：1

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作者 高丹慧 李汶颖 +4 位作者 胡强 吴剑 李航 张琪 谢勋 《全球能源互联网》 CSCD 2022年第5期429-438,共10页

良好的电化学动态响应性能以及功率输出的长期耐久性是高温可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)应用于调频等电力辅助服务的技术基础。针对一种新型内嵌微流道的扁管式电堆,从调频控制的角度,试验考察了RSOC电堆的发... 良好的电化学动态响应性能以及功率输出的长期耐久性是高温可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)应用于调频等电力辅助服务的技术基础。针对一种新型内嵌微流道的扁管式电堆,从调频控制的角度,试验考察了RSOC电堆的发电/电解工作控制特性、负荷动态响应特性以及长时间运行衰减特性。结果表明,新型电堆燃料传质特性良好,可优先选择氢气流量、水氢比、工作温度等参数实现对应发电/电解模式下的调频应用控制。在温度控制不变的情况下,动态试验表明了新型电堆受传质/传热影响,电压弛豫时间难以达到秒级,单一电参量的调控难以满足调频控制精度需求,需要进行电压环、电流环的串级控制,才可实现精准调频。可靠性方面,相较单电解工作模式,发电/电解工作模式反复切换下,新型电堆出现了工作性能优化现象,故认为通过合理的工作模式切换策略,RSOC电堆可用于长期可逆动态运行工况,满足辅助调频的寿命要求。 展开更多

关键词 高温可逆固体氧化物电池 扁管式电堆 调频 控制特性 动态响应 性能衰减

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固体氧化物燃料电池简介 被引量：9

9

作者 王绍荣 《上海节能》 2007年第3期32-34,共3页

1技术特征 与传统的火力发电技术不同，燃料电池是通过电化学反应方式将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于不经过高温燃烧，是化学能转变为热能的过程，不受卡诺循环效率的制约，所以燃料电池的能量转化效率非常高。单位... 1技术特征 与传统的火力发电技术不同，燃料电池是通过电化学反应方式将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于不经过高温燃烧，是化学能转变为热能的过程，不受卡诺循环效率的制约，所以燃料电池的能量转化效率非常高。单位发电量所需燃料的节约同时意味着二氧化碳排放量的降低，因为不经历高温燃烧而避免了氮氧化物的生成，所以燃料电池发电时空气污染少。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 二氧化碳排放量 能量转化效率 燃料电池发电 发电技术 高温燃烧 发电装置 直接转化

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氢能知识系列讲座(6)利用氢能的高效设备(二)——高温燃料电池

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作者 毛宗强 《太阳能》 2007年第6期11-14,共4页

本讲将介绍高温燃料电池，即工作温度在500～1000℃的燃料电池，主要指工作温度在900～1000℃的固体氧化物燃料电池（SOFC）和工作温度在650℃左右的熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。

关键词 高温燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 固体氧化物燃料电池 氢能 讲座 知识 设备 工作温度

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高温燃料电池热电联产联供效率达90%以上 被引量：1

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作者 舟丹 《中外能源》 CAS 2020年第12期70-70,共1页

中高温的燃料电池主要有两种,一种是熔融碳酸盐燃料电池,一种是固体氧化物燃料电池。高温燃料电池在400℃以上运行,可以实现冷热电联供,发电效率也都可以达到50%以上,甚至最高的可以达到65%以上,热电联产联供效率可以达到90%以上,这是... 中高温的燃料电池主要有两种,一种是熔融碳酸盐燃料电池,一种是固体氧化物燃料电池。高温燃料电池在400℃以上运行,可以实现冷热电联供,发电效率也都可以达到50%以上,甚至最高的可以达到65%以上,热电联产联供效率可以达到90%以上,这是常规发电方式里很难达到的。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 熔融碳酸盐燃料电池 高温燃料电池 冷热电联供 发电效率 常规发电 热电

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Fe-Cr合金钢高温性能研究 被引量：3

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作者 韩敏芳 杨志宾 +1 位作者 赵晓林 王欢 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期534-536,共3页

本文试验研制了四种Fe-Cr合金材料,其在900℃时的热膨胀率在10-11×10^-3范围内,其中Fe-Cr-4合金的热膨胀率为10.27×10^-3,与钇稳定氧化锆（YSZ）相比,热膨胀率逐渐接近;与传统合金材料相比,热膨胀率之差均有了明显下降,因而... 本文试验研制了四种Fe-Cr合金材料,其在900℃时的热膨胀率在10-11×10^-3范围内,其中Fe-Cr-4合金的热膨胀率为10.27×10^-3,与钇稳定氧化锆（YSZ）相比,热膨胀率逐渐接近;与传统合金材料相比,热膨胀率之差均有了明显下降,因而降低了界面热应力,有效改善层间的热失配现象.随着温度的升高,各合金试样的电阻率呈平缓增大的趋势.在850℃时,四种合金试样的电阻率在0.95-1.17×10^-3Ω·cm范围内,其中Fe-Cr-4试样的电阻率较低,为1.17×10^-3Ω·cm,满足用作SOFC连接体材料导电性能的要求.Fe-Cr-1、4两种合金试样的抗氧化性能较好,随着氧化时间的延长,试样表面形成稳定的3Cr2O3Fe2O3氧化层,氧化增重逐渐趋于稳定.累计氧化455 h后,Fe-Cr-1、4两种试样对应的氧化增重在0.0002 g/g左右;而Fe-Cr-2、3两种试样仍在0.0004 g/g以上. 展开更多

关键词 膨胀率 高温电阻率 抗氧化性能 固体氧化物燃料电池

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用于DC-SOFC的高温脱硫剂的制备及其性能研究 被引量：1

13

作者 刘晓娟 殷卫峰 +3 位作者 周新萍 魏涛 高庆宇 王绍荣 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第12期110-112,124,共4页

为研制一种适用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)的高温脱硫剂,以Zr OCl2·8H2O和Mn(NO3)2为原料,通过分步沉淀法制备出不同Mn负载量的Mn-Zr-O复合高温脱硫剂。通过X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积等手段对脱硫剂进行表征,并在80... 为研制一种适用于直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)的高温脱硫剂,以Zr OCl2·8H2O和Mn(NO3)2为原料,通过分步沉淀法制备出不同Mn负载量的Mn-Zr-O复合高温脱硫剂。通过X射线衍射仪(XRD)、BET比表面积等手段对脱硫剂进行表征,并在800℃高温条件下进行脱硫性能评价。研究结果表明:当Zr与Mn物质的量比为10∶4时比表面积最大,脱硫评价时穿透时间最长;当Zr与Mn物质的量比为10∶1时,Mn2O3在Zr O2上的分散性最好,脱硫精度最高,能够达到2×10-6以下,满足直接碳固体氧化物燃料电池对合成气中最低硫含量(<9×10-6)的要求。 展开更多

关键词 直接碳固体氧化物燃料电池 煤气 高温脱硫剂 脱硫精度

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沉积温度对MOCVD法在铁素体不锈钢表面制备Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层性能的影响

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作者 李华 马超 +2 位作者 汤加杰 熊春艳 赵培 《武汉工程大学学报》 2025年第1期37-43,共7页

为了研究在固体氧化物燃料电池阴极条件下Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层对连接体的保护效果,以三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)锰和双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)钴为前驱体,通过金属有机化学气相沉积法在SUS430铁素体不锈钢上成功制备了Mn... 为了研究在固体氧化物燃料电池阴极条件下Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层对连接体的保护效果,以三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)锰和双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)钴为前驱体,通过金属有机化学气相沉积法在SUS430铁素体不锈钢上成功制备了Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层。在1023 K空气气氛下对其进行抗氧化测试,使用X射线衍射、扫描电子显微镜对氧化前后的样品进行了物相和微观形貌分析。结果表明:Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层合金氧化后单位面积增加的质量相较于SUS430合金减少了60%以上,其中923 K沉积温度下制备的涂层合金样品抗氧化性能最优,合金涂层相较于空白合金氧化速率常数从5.08×10^(-14)g^(2)/(cm^(4)·s)降为1.68×10^(-15)g^(2)/(cm^(4)·s)。使用金属有机化学气相沉积法制备的Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层能有效降低SUS430连接体的氧化速率,显著提高其抗氧化性能。 展开更多

关键词 固体氧化物燃料电池 Mn_(1.5)Co_(1.5)O_(4)涂层 高温抗氧化性 金属有机化学气相沉积

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尖晶石LiMn2O4的合成和电化学性能研究

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作者 宋庆贺 曹高劭 赵新兵 《材料导报》 EI CAS CSCD 2004年第F10期291-293,共3页

采用高温固相反应法合成具有尖晶石结构的锂离子二次电池正极材料LiMn2O4，进行稀土元素La的掺杂修饰，形成复合氧化物LiMn2-xLaO4。对材料进行XRD、FESEM、循环伏安、充放电等测试。实验结果表明，合成的材料具有比较标准的尖晶石结构... 采用高温固相反应法合成具有尖晶石结构的锂离子二次电池正极材料LiMn2O4，进行稀土元素La的掺杂修饰，形成复合氧化物LiMn2-xLaO4。对材料进行XRD、FESEM、循环伏安、充放电等测试。实验结果表明，合成的材料具有比较标准的尖晶石结构，La元素掺入可以起到扩展锂离子脱嵌通道和稳定材料骨架结构的作用，更加有利于锂离子的迁移，从而有效提高了LiMn2O4的电化学可逆性和循环稳定性。 展开更多

关键词 尖晶石LIMN2O4 电化学 性能研究 合成 锂离子二次电池 高温固相反应法 尖晶石结构 复合氧化物 FESEM 循环稳定性 正极材料 稀土元素 循环伏安 骨架结构 稳定材料 XRD 充放电 可逆性 La

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