LSCFN-CGO對(duì)稱電極應(yīng)用于SOFC性能研究
發(fā)布時(shí)間：2022-01-09 13:21
設(shè)計(jì)并制備了以La0.4Sr0.6Co0.2Fe0.7Nb0.1O3-δ-Ce0.9Gd0.1O2-δ（LSCFN-CGO）為對(duì)稱電極的固體氧化物燃料電池（SOFC）,并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試.SOFC電解質(zhì)、隔離層分別采用了YSZ（8 mol%Y2O3摻雜ZrO2）及CGO,電極制備采用了電解質(zhì)支撐體絲網(wǎng)印刷的方法,最終得到的對(duì)稱電池結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)SCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO.在850℃時(shí),以H2和CH4為燃料,對(duì)稱電池最大功率密度分別為395 mW/cm2和123 mW/cm2.對(duì)電池進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試,燃料分別采用了H2-10-4 H2S及CH
【文章來(lái)源】：吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,41(04)
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
LSCFN-CGO電極在850 ℃還原2 h前(A)后(B)微觀形貌圖
圖2給出了LSCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO單電池在不同溫度以15 mL/min空氣為氧化氣體,50 mL/min 的H2為燃料氣的I-V-P性能圖.從圖2可以看出,電池功率密度隨溫度升高而增加,750 ℃、800 ℃和850 ℃時(shí)最高功率密度分別為268、341、404 mW/cm2.在相似的測(cè)試條件下,性能高于很多不含鎳的陶瓷陽(yáng)極,例如采用300 μm厚的ScSZ(Sc2O3穩(wěn)定的ZrO2)為電解質(zhì),La0.8Sr0.2Sc0.2Mn0.8O3-δ做對(duì)稱電極的單電池同樣以H2為燃料氣,在850 ℃測(cè)試時(shí)最大功率密度為220 mW/cm2[12].LSCFN-CGO可以作為陰陽(yáng)極同時(shí)使用,采用這種結(jié)構(gòu)其中一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是假如陽(yáng)極發(fā)生積碳或者硫中毒,可以將陽(yáng)極直接作為陰極使用,在陽(yáng)極側(cè)通入空氣,吹掃積碳及吸附的硫,實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極再生;另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是如果電池由于某種原因?qū)е路饨有孤稌r(shí),對(duì)稱電極的存在使電池不至于因陽(yáng)極快速氧化而性能急劇衰減乃至破壞.圖3給出了單電池在850 ℃時(shí)以H2、H2-10-4 H2S和CH4為燃料的I-V-P性能圖.從圖3可以看出,LSCFN-CGO陽(yáng)極體系表現(xiàn)出很好的耐硫性能,但對(duì)甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S為燃料,850 ℃時(shí)功率密度高達(dá)382 mW/cm2;采用甲烷為燃料,850 ℃時(shí)電池最高功率密度約為158 mW/cm2.
LSCFN-CGO可以作為陰陽(yáng)極同時(shí)使用,采用這種結(jié)構(gòu)其中一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是假如陽(yáng)極發(fā)生積碳或者硫中毒,可以將陽(yáng)極直接作為陰極使用,在陽(yáng)極側(cè)通入空氣,吹掃積碳及吸附的硫,實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極再生;另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是如果電池由于某種原因?qū)е路饨有孤稌r(shí),對(duì)稱電極的存在使電池不至于因陽(yáng)極快速氧化而性能急劇衰減乃至破壞.圖3給出了單電池在850 ℃時(shí)以H2、H2-10-4 H2S和CH4為燃料的I-V-P性能圖.從圖3可以看出,LSCFN-CGO陽(yáng)極體系表現(xiàn)出很好的耐硫性能,但對(duì)甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S為燃料,850 ℃時(shí)功率密度高達(dá)382 mW/cm2;采用甲烷為燃料,850 ℃時(shí)電池最高功率密度約為158 mW/cm2.為考察LSCFN-CGO復(fù)合電極在含硫燃料和碳基燃料中的穩(wěn)定性,對(duì)對(duì)稱電池在850 ℃下H2-10-4 H2S中恒定電流0.3 A/cm2和CH4中恒定電流0.15 A/cm2放電穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試,如圖4所示.從圖中可以看出LSCFN-CGO陽(yáng)極在H2-10-4 H2S和CH4中分別穩(wěn)定運(yùn)行200 h,性能衰減較小,表現(xiàn)出很好的抗硫及耐積碳穩(wěn)定性能,這可能是由于陽(yáng)極表面析出的合金顆粒優(yōu)先氧化碳類物質(zhì),通過電催化反應(yīng)將它們從電極表面移除,而不是形成碳-碳鍵引起碳沉積[13-17].LSCFN-CGO陽(yáng)極體系同時(shí)突破了使用碳基燃料中固態(tài)碳沉積和硫中毒兩個(gè)致命問題,為碳基SOFC實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).
本文編號(hào)：3578800
【文章來(lái)源】：吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,41(04)
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
LSCFN-CGO電極在850 ℃還原2 h前(A)后(B)微觀形貌圖
圖2給出了LSCFN-CGO‖CGO/YSZ/CGO‖LSCFN-CGO單電池在不同溫度以15 mL/min空氣為氧化氣體,50 mL/min 的H2為燃料氣的I-V-P性能圖.從圖2可以看出,電池功率密度隨溫度升高而增加,750 ℃、800 ℃和850 ℃時(shí)最高功率密度分別為268、341、404 mW/cm2.在相似的測(cè)試條件下,性能高于很多不含鎳的陶瓷陽(yáng)極,例如采用300 μm厚的ScSZ(Sc2O3穩(wěn)定的ZrO2)為電解質(zhì),La0.8Sr0.2Sc0.2Mn0.8O3-δ做對(duì)稱電極的單電池同樣以H2為燃料氣,在850 ℃測(cè)試時(shí)最大功率密度為220 mW/cm2[12].LSCFN-CGO可以作為陰陽(yáng)極同時(shí)使用,采用這種結(jié)構(gòu)其中一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是假如陽(yáng)極發(fā)生積碳或者硫中毒,可以將陽(yáng)極直接作為陰極使用,在陽(yáng)極側(cè)通入空氣,吹掃積碳及吸附的硫,實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極再生;另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是如果電池由于某種原因?qū)е路饨有孤稌r(shí),對(duì)稱電極的存在使電池不至于因陽(yáng)極快速氧化而性能急劇衰減乃至破壞.圖3給出了單電池在850 ℃時(shí)以H2、H2-10-4 H2S和CH4為燃料的I-V-P性能圖.從圖3可以看出,LSCFN-CGO陽(yáng)極體系表現(xiàn)出很好的耐硫性能,但對(duì)甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S為燃料,850 ℃時(shí)功率密度高達(dá)382 mW/cm2;采用甲烷為燃料,850 ℃時(shí)電池最高功率密度約為158 mW/cm2.
LSCFN-CGO可以作為陰陽(yáng)極同時(shí)使用,采用這種結(jié)構(gòu)其中一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是假如陽(yáng)極發(fā)生積碳或者硫中毒,可以將陽(yáng)極直接作為陰極使用,在陽(yáng)極側(cè)通入空氣,吹掃積碳及吸附的硫,實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極再生;另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是如果電池由于某種原因?qū)е路饨有孤稌r(shí),對(duì)稱電極的存在使電池不至于因陽(yáng)極快速氧化而性能急劇衰減乃至破壞.圖3給出了單電池在850 ℃時(shí)以H2、H2-10-4 H2S和CH4為燃料的I-V-P性能圖.從圖3可以看出,LSCFN-CGO陽(yáng)極體系表現(xiàn)出很好的耐硫性能,但對(duì)甲烷的催化活性稍低.采用H2-10-4 H2S為燃料,850 ℃時(shí)功率密度高達(dá)382 mW/cm2;采用甲烷為燃料,850 ℃時(shí)電池最高功率密度約為158 mW/cm2.為考察LSCFN-CGO復(fù)合電極在含硫燃料和碳基燃料中的穩(wěn)定性,對(duì)對(duì)稱電池在850 ℃下H2-10-4 H2S中恒定電流0.3 A/cm2和CH4中恒定電流0.15 A/cm2放電穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試,如圖4所示.從圖中可以看出LSCFN-CGO陽(yáng)極在H2-10-4 H2S和CH4中分別穩(wěn)定運(yùn)行200 h,性能衰減較小,表現(xiàn)出很好的抗硫及耐積碳穩(wěn)定性能,這可能是由于陽(yáng)極表面析出的合金顆粒優(yōu)先氧化碳類物質(zhì),通過電催化反應(yīng)將它們從電極表面移除,而不是形成碳-碳鍵引起碳沉積[13-17].LSCFN-CGO陽(yáng)極體系同時(shí)突破了使用碳基燃料中固態(tài)碳沉積和硫中毒兩個(gè)致命問題,為碳基SOFC實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).
本文編號(hào)：3578800
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