LSCFN-CGO对称电极应用于SOFC性能研究
发布时间：2022-01-09 13:21
设计并制备了以La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ（LSCFN-CGO）为对称电极的固体氧化物燃料电池（SOFC）,并对其性能进行测试.SOFC电解质、隔离层分别采用了YSZ（8 mol%Y2O3掺杂ZrO2）及CGO,电极制备采用了电解质支撑体丝网印刷的方法,最终得到的对称电池结构为LSCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO.在850℃时,以H2和CH4为燃料,对称电池最大功率密度分别为395 mW/cm2和123 mW/cm2.对电池进行长期稳定性测试,燃料分别采用了H2-10-4 H2S及CH
【文章来源】：吉林师范大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
LSCFN-CGO电极在850 ℃还原2 h前(A)后(B)微观形貌图
图2给出了LSCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO单电池在不同温度以15 mL/min空气为氧化气体,50 mL/min 的H2为燃料气的I-V-P性能图.从图2可以看出,电池功率密度随温度升高而增加,750 ℃、800 ℃和850 ℃时最高功率密度分别为268、341、404 mW/cm2.在相似的测试条件下,性能高于很多不含镍的陶瓷阳极,例如采用300 μm厚的ScSZ(Sc2O3稳定的ZrO2)为电解质,La0.8Sr0.2Sc0.2Mn0.8O3-δ做对称电极的单电池同样以H2为燃料气,在850 ℃测试时最大功率密度为220 mW/cm2[12].LSCFN-CGO可以作为阴阳极同时使用,采用这种结构其中一个很大的优势是假如阳极发生积碳或者硫中毒,可以将阳极直接作为阴极使用,在阳极侧通入空气,吹扫积碳及吸附的硫,实现阳极再生;另一个优势是如果电池由于某种原因导致封接泄露时,对称电极的存在使电池不至于因阳极快速氧化而性能急剧衰减乃至破坏.图3给出了单电池在850 ℃时以H2、H2-10-4 H2S和CH4为燃料的I-V-P性能图.从图3可以看出,LSCFN-CGO阳极体系表现出很好的耐硫性能,但对甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S为燃料,850 ℃时功率密度高达382 mW/cm2;采用甲烷为燃料,850 ℃时电池最高功率密度约为158 mW/cm2.
LSCFN-CGO可以作为阴阳极同时使用,采用这种结构其中一个很大的优势是假如阳极发生积碳或者硫中毒,可以将阳极直接作为阴极使用,在阳极侧通入空气,吹扫积碳及吸附的硫,实现阳极再生;另一个优势是如果电池由于某种原因导致封接泄露时,对称电极的存在使电池不至于因阳极快速氧化而性能急剧衰减乃至破坏.图3给出了单电池在850 ℃时以H2、H2-10-4 H2S和CH4为燃料的I-V-P性能图.从图3可以看出,LSCFN-CGO阳极体系表现出很好的耐硫性能,但对甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S为燃料,850 ℃时功率密度高达382 mW/cm2;采用甲烷为燃料,850 ℃时电池最高功率密度约为158 mW/cm2.为考察LSCFN-CGO复合电极在含硫燃料和碳基燃料中的稳定性,对对称电池在850 ℃下H2-10-4 H2S中恒定电流0.3 A/cm2和CH4中恒定电流0.15 A/cm2放电稳定性进行了测试,如图4所示.从图中可以看出LSCFN-CGO阳极在H2-10-4 H2S和CH4中分别稳定运行200 h,性能衰减较小,表现出很好的抗硫及耐积碳稳定性能,这可能是由于阳极表面析出的合金颗粒优先氧化碳类物质,通过电催化反应将它们从电极表面移除,而不是形成碳-碳键引起碳沉积[13-17].LSCFN-CGO阳极体系同时突破了使用碳基燃料中固态碳沉积和硫中毒两个致命问题,为碳基SOFC实际应用奠定了基础.
本文编号：3578800
【文章来源】：吉林师范大学学报(自然科学版). 2020,41(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
LSCFN-CGO电极在850 ℃还原2 h前(A)后(B)微观形貌图
图2给出了LSCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO单电池在不同温度以15 mL/min空气为氧化气体,50 mL/min 的H2为燃料气的I-V-P性能图.从图2可以看出,电池功率密度随温度升高而增加,750 ℃、800 ℃和850 ℃时最高功率密度分别为268、341、404 mW/cm2.在相似的测试条件下,性能高于很多不含镍的陶瓷阳极,例如采用300 μm厚的ScSZ(Sc2O3稳定的ZrO2)为电解质,La0.8Sr0.2Sc0.2Mn0.8O3-δ做对称电极的单电池同样以H2为燃料气,在850 ℃测试时最大功率密度为220 mW/cm2[12].LSCFN-CGO可以作为阴阳极同时使用,采用这种结构其中一个很大的优势是假如阳极发生积碳或者硫中毒,可以将阳极直接作为阴极使用,在阳极侧通入空气,吹扫积碳及吸附的硫,实现阳极再生;另一个优势是如果电池由于某种原因导致封接泄露时,对称电极的存在使电池不至于因阳极快速氧化而性能急剧衰减乃至破坏.图3给出了单电池在850 ℃时以H2、H2-10-4 H2S和CH4为燃料的I-V-P性能图.从图3可以看出,LSCFN-CGO阳极体系表现出很好的耐硫性能,但对甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S为燃料,850 ℃时功率密度高达382 mW/cm2;采用甲烷为燃料,850 ℃时电池最高功率密度约为158 mW/cm2.
LSCFN-CGO可以作为阴阳极同时使用,采用这种结构其中一个很大的优势是假如阳极发生积碳或者硫中毒,可以将阳极直接作为阴极使用,在阳极侧通入空气,吹扫积碳及吸附的硫,实现阳极再生;另一个优势是如果电池由于某种原因导致封接泄露时,对称电极的存在使电池不至于因阳极快速氧化而性能急剧衰减乃至破坏.图3给出了单电池在850 ℃时以H2、H2-10-4 H2S和CH4为燃料的I-V-P性能图.从图3可以看出,LSCFN-CGO阳极体系表现出很好的耐硫性能,但对甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S为燃料,850 ℃时功率密度高达382 mW/cm2;采用甲烷为燃料,850 ℃时电池最高功率密度约为158 mW/cm2.为考察LSCFN-CGO复合电极在含硫燃料和碳基燃料中的稳定性,对对称电池在850 ℃下H2-10-4 H2S中恒定电流0.3 A/cm2和CH4中恒定电流0.15 A/cm2放电稳定性进行了测试,如图4所示.从图中可以看出LSCFN-CGO阳极在H2-10-4 H2S和CH4中分别稳定运行200 h,性能衰减较小,表现出很好的抗硫及耐积碳稳定性能,这可能是由于阳极表面析出的合金颗粒优先氧化碳类物质,通过电催化反应将它们从电极表面移除,而不是形成碳-碳键引起碳沉积[13-17].LSCFN-CGO阳极体系同时突破了使用碳基燃料中固态碳沉积和硫中毒两个致命问题,为碳基SOFC实际应用奠定了基础.
本文编号：3578800
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