Gd0.2Ce0.8O2包覆固体氧化物燃料电池Ni—ScSZ复合阳极制备及性能表征

硅酸盐学报・ 542 ・2012年阳极Ni–YSZ添加CeO2对固体氧化物燃料电池性能的影响王乐莹，罗凌虹，吴也凡，程亮，石纪军，余永志(景德镇陶瓷学院，江西景德镇 333001)摘要：采用直接加入CeO2粉和通过Ce(NO3)3溶液包裹NiO粉2种方式对阳极Ni–氧化钇稳定型氧化锆(yttria stabilized zirconia，YSZ)进行修饰，分别研究其对固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)性能的影响，并与不添加CeO2的电池进行对比研究。

以氢气为燃料气、在750℃对单电池进行电性能测试，采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和能谱仪对阳极的物相组成和断面形貌进行表征，通过透射电镜观察CeO2对NiO颗粒的包裹形貌。

结果表明：通过Ce(NO3)3包裹NiO粉的方法所制备的电池，最大功率密度为0.938W/cm2。

其添加的CeO2能有效地阻止Ni颗粒烧结，增强Ni在YSZ网络结构表面的分散，提高电池性能。

关键词：固体氧化物燃料电池；阳极；镍–氧化钇稳定型氧化锆；二氧化铈；包裹中图分类号：TM911.4 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2012)04–0542–06网络出版时间：DOI：网络出版地址：Effect of CeO2 Additions in Anode Ni–YSZ on Properties of Solid Oxide Fuel CellWANG Leying，LUO Linghong，WU Yefan，CHENG Liang，SHI Jijun，YU Yongzhi(Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333001, Jiangxi, China)Abstract: Two methods were used to modify Ni–yttria stabilized zirconia (YSZ) anodes. One method was the addition of CeO2 pow-der directly, the another was the coating of NiO powder by Ce(NO3)3 solution. The effect of the two methods on the properties of solid oxide fuel cell (SOFC) was investigated. The electrical performances of unit cells were examined with hydrogen as a fuel at 750℃. The phase composition and morphology of anodes were characterized by X-ray diffractometer, field emission scanning electron mi-croscope and energy dispersive spectroscope. The NiO particles coated by CeO2 were observed by transmission electron microscope. The results show that the maximum power density of cells prepared with NiO coated by Ce(NO3)3 is 0.938 W/cm2. The addition of CeO2 by this method could prevent the agglomeration of Ni particles, enhance the Ni dispersion on the YSZ framework surface and improve the electrical performances of cells.Key words: solid oxide fuel cell; anode; nicket–yttria stabilized zirconia; cerium oxide; coating固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，具有高效、燃料适用性强、低排放和热电联供等优点[1–2]。

专利名称：固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：钟秦,陈华林,朱腾龙
申请号：CN201910679940.0
申请日：20190726
公开号：CN112290034A
公开日：
20210129
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法。

所述的固体氧化物燃料电池阳极材料为氧化钆掺杂氧化铈包覆的钙钛矿型钛酸锶氧化物粉体，通过溶胶凝胶法，将30～
50wt％的GDC包覆在钙钛矿阳极前驱粉体上。

本发明的燃料电池阳极材料，通过混入GDC，提升了阳极材料的氧离子传导能力，使得阳极材料的三相界面面积提升，并且在还原气氛下结构稳定且具备高导电性及抗积碳。

申请人：南京理工大学
地址：210094 江苏省南京市孝陵卫200号
国籍：CN
代理机构：南京理工大学专利中心
代理人：刘海霞
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制备和表征固体氧化物燃料电池Ce0.8Ca0.2O1.9电解质纳米复合材料由于化石燃料的大量消耗，人们现在面临寻找可再生能源的挑战。

固体氧化物燃料电池被认为是最好的可替代能源，因为它不需要燃烧就可以将化学能转换为电能。

因此我们需要研究发展更高的固体氧化物燃料电池的离子导电电极材料。

本实验通过共沉淀法用Ce0.8Ca0.2O1.9涂以浓度为20%的两个碳酸盐电解质溶液。

基于使用镍电极制造电池通过干压生产技术。

晶体结构和表面形貌的特征是通过x射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电子显微镜来分析。

通过Scherer公式计算出的粒径范围在10 - 20纳米之间，与扫描电镜和透射电镜结果进行比较，再用电化学阻抗光谱法测量离子电导率，然后计算出活化能。

燃料电池在0.567 W /厘米温度为550℃²时性能与氢气作为燃料关键词：电解质低温燃料电池（400-600℃）纳米材料替代能源1、介绍由于大量使用的化石燃料而产生的排泄物ＣＯ２已经对环境造成了严重的问题。

随着时间的推移，化石燃料正在消耗殆尽，我们的下一代需要寻找可以替代的能源。

过去十年许多研究人员做了大量的实验希望可以找到能满足下一代需要的可替代能源．可再生能源是其中最好的可替代能源之一，它不会消耗殆尽而且可以在很短的时间内补充。

可再生能源在宇宙中蕴藏丰富，如太阳能、风能、生质能、水能等。

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的燃料，而且可以提供热和能。

固体氧化物燃料电池对下一代能源技术和“氢经济”有巨大的积极的影响。

固体氧化物燃料电池由于是一种高效、可广泛掺杂、灵活、多样的燃料从而最近几年吸引了很多人。

传统的固体氧化物燃料是在很高的温度用氧化钇稳定氧化锆做电解质，这种氧化钇稳定氧化锆材料需要在800-1000℃高温条件下，以获得强制的高导电性。

这种较高的温度操作使得电池的热膨胀不协调，限制了材料的选择从而不能被广泛应用。

本实验选用掺杂氧化锆和掺杂二氧化铈来作为固体氧化物燃料电池电解质材料。

中低温固体氧化物燃料电池制备与性能作者：郭存心刘佰博来源：《江苏陶瓷》2021年第02期摘要通過流延成型、丝网印刷等工艺制备了以La0.6Sr0.4Co3-δ钙钛矿材料为阴极的高性能阳极支撑型中低温固体氧化物燃料电池，研究了电池在650 ℃～750 ℃温度下的放电性能及热循环性能。

测试结果表明，制备的单电池在中低温具有优异的输出性能，且一致性较好，在700 ℃最高功率密度为0.622 W/cm2，长时间恒流放电后没有出现衰减，但其抗热循环性能较差。

关键词中低温固体氧化燃料电池;LSC钙钛矿阴极;流延;丝网印刷0 前言固体氧化物燃料电池（SOFC）采用全固态陶瓷结构，是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的装置，具有发电效率高、燃料适用范围广、污染排放低、余热利用价值高等优点，在固定式发电（民用、工业、商用热电联供）、移动电源、运输电源等方面具有广泛的应用前景。

传统的固体氧化物燃料电池通常运行在800 ℃以上，启动时间长，且对材料的要求以及成本较高。

近年来，发展中低温（500 ℃～750 ℃）的固体氧化物燃料电池已成为趋势。

对于中低温固体氧化物燃料电池，由于运行温度下降，电池在运行过程中的欧姆电阻及极化电阻增大，导致电池的功率密度以及发电效率降低。

镧锶锰（LSM）作为传统的固体氧化物燃料电池阴极材料，具有高离子电导率、较好的物理化学相容性和稳定性、良好的催化活性（>800 ℃）以及低的热膨胀系数，但是其离子电导率以及在中低温下的催化活性较低，阻碍了其在中低温固体氧化物燃料电池中的应用。

相比于LSM材料，钙钛矿型氧化物La0.6Sr0.4Co3-δ（LSC）在中低温是具有良好的电子电导率、较高的催化活性以及良好的热力学稳定性，被认为是潜在的中低温SOFC阴极材料。

本文以钙钛矿型氧化物LSC作为阴极材料，通过流延成型、丝网印刷等工艺制备大面积阳极支撑型中低温固体氧化物燃料电池，并在中低温运行环境下获得了良好的电池输出性能。

固体氧化物燃料电池阳极材料Ni-SDC的稳定性实验及热力学分析严涵;朱秀芳;徐丹丹;谭文轶;钟秦【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2012(031)003【摘要】以Ni-SDC作为固体氧化物燃料电池（SOFC）的阳极,研究了该阳极粉末在制备过程中以及5%H2S-N2硫化后的产物,并用热力学软件绘制相图对其在各种温度下的产物变化进行分析。

结果表明：NiO-SDC在800℃煅烧和在850℃还原的产物与热力学分析结果是一致的。

对比在5%的H2S-N2中硫化12 h前后的XRD表明Ni已经转化为NiS2,热力学分析验证了该结论。

比较Ni-SDC和SDC硫化前后的Raman光谱和XRD结果得到：SDC硫化后主峰型没有发生明显变化,但强度变弱,说明粒径变大,可能因为有Ce—O—S键生成。

%Ni-SDC as the anode materials for SOFC,the products in the preparation process and in 5% H2S-N2 was studied thermodynamically.The results show that the products of NiO-SDC sintered at 800 ℃ and reduction at 850 ℃ were consistent with the results of thermodynamic pared with the XRD spectrums of Ni-SDC before and after exposure in 5% H2S-N2 at 800 ℃ for 12 h,Ni was converted to NiS2,which consented to the conclusion of pared with the Raman spectrums of Ni-SDC and SDC before and after exposure in 5% H2S-N2 at 800 ℃ for 12 h,a conclusioncan be drawn that the main peaks is not changed but the intensity isdiminished,the possible reason is the formation of Ce-O-S when the anode is exposed in a high concentration H2S.【总页数】5页(P607-611)【作者】严涵;朱秀芳;徐丹丹;谭文轶;钟秦【作者单位】南京理工大学化工学院,江苏南京210094;南京理工大学化工学院,江苏南京210094;南京理工大学化工学院,江苏南京210094;南京工程学院,江苏南京211167;南京理工大学化工学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TQ15【相关文献】1.固体氧化物燃料电池阳极材料\rLa0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ的合成及选择性研究 [J], 贺江凡;吴沛佳;关伟鑫;李鑫;舒庆2.固体氧化物燃料电池阳极材料的抗积炭方法 [J], 高珠;刘鹏翔;苏海兰;堵俊俊;常俊石3.固体氧化物燃料电池用SrTiO3基阳极材料的研究进展 [J], 刘通; 赵怡茜4.直接碳固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展 [J], 张英杰; 吴昊; 曾晓苑; 李雪; 董鹏; 肖杰5.Ni-SDC固体氧化物燃料电池阳极的合成和性质 [J], 李彦;余春江;方梦祥;许祝安;骆仲泱;岑可法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

固体氧化物电池Ni-YSZ燃料电极长期稳定性研究进展邵晴;罗凌虹;关成志;王建强;金盾;余剑峰;林囿辰【期刊名称】《陶瓷学报》【年(卷),期】2022(43)5【摘要】在碳中和背景下,固体氧化物电池(SOCs, Solid Oxide Cells)是一种极具前途的能量转换技术。

在SOCs中,尽管在开发混合离子电子导体复合电极和钙钛矿燃料电极方面取得了令人瞩目的进展,但Ni-YSZ由于同时具有SOFC模式下氢氧化反应(HOR)和SOEC模式下析氢反应(HER)的优异催化活性,仍然是商业化燃料电极的最佳选择。

然而,Ni-YSZ电极的衰减是制约SOCs发展的重要问题。

简单介绍了Ni-YSZ电极材料,并总结了SOFC和SOEC模式下有关Ni-YSZ电极衰减的典型现象,重点关注了Ni-YSZ电极衰减的原因,并基于衰减机理提出了改进方案和思路。

最后,对Ni-YSZ电极长期稳定性的优化策略提出了展望。

【总页数】21页(P759-779)【作者】邵晴;罗凌虹;关成志;王建强;金盾;余剑峰;林囿辰【作者单位】景德镇陶瓷大学江西省燃料电池材料与器件重点实验室;中国科学院上海应用物理研究所氢能技术部;江西陶瓷工艺美术职业技术学院;中国科学院微观界面物理与探测重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75【相关文献】1.Ni-YSZ阳极添加Ag对固体氧化物燃料电池性能影响2.日本研究所有关影响固体氧化物燃料电池长期稳定性的探讨3.可逆固体氧化物燃料电池氧电极材料的研究进展4.固体氧化物燃料电池电解质和电极材料的研究进展5.过渡金属Fe、Mn 掺杂CeO_(2)浸渍改性高温固体氧化物电池Ni-YSZ电极的电化学性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

阳极支撑的平板固体氧化物燃料电池的制备及其性能研究肖进;陈磊;袁洪春;熊超;赵宇;杜文汉;马金祥【摘要】通过相转换流延结合浆料涂覆的方法制备了基于YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）电解质的阳极支撑的平板固体氧化物燃料电池，电池阳极具有良好的非对称结构，包括较厚的指状大孔层和较薄的海绵状小孔层。

以La0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZ为阴极，电解质厚度为19μm的单电池获得了良好的性能输出，在600oC，650oC和700oC的最大功率密度分别为52MW/cm2，116MW/cm2和204MW/cm2，对应的开路电压分别为1.04V，1.02V和1.0V。

结果表明：相转换流延结合浆料涂覆技术是一种非常有前景的阳极支撑的平板状SOFC制备方法。

%Anode-supported planar solid oxide fuel cells (SOFCs) based on yttria-stabilized zirconia (YSZ) electro⁃lytes were prepared using phase inversion tape-casting and slurry coating techniques. The anodes of the cells have a good asymmetrical structure consisting of a thick layer with finger-like pores and a thin layer with small sponge-like pores. WithLa0.8Sr0.2MnO3-δ-YSZ (LSM-YSZ) as a cathode, the maximum power densities of the cell with a 19-μm-thick YSZ electrolyte film reached52MW/cm2, 116MW/cm2, 206MW/cm2 at 600, 650℃ and 700℃ respectively with a good performance output, and the corresponding open-circuit voltages (OCVs) were 1.04V, 1.02V and 1 V. The results indicate that phase inversion tape-casing combined with slurry coating technique can be considered as a quite promising approach for cost-effective fabrication of anode-supported planar SOFCs.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2015(000)014【总页数】4页(P120-123)【关键词】平板状;固体氧化物燃料电池(SOFC);氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)【作者】肖进;陈磊;袁洪春;熊超;赵宇;杜文汉;马金祥【作者单位】常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002;常州工学院，江苏常州 213002【正文语种】中文【中图分类】TM911固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种具有全固态，高效率，燃料适用性强，环境友好等众多优点的能量转化装置［1］。

Gd_(0.2)Ce_(0.8)O_2包覆固体氧化物燃料电池Ni-ScSZ复合阳极制备及性能表征刘仁柱;黄波;叶晓峰;王绍荣;曹佳弟;聂怀文;温廷琏【期刊名称】《电化学》【年(卷),期】2007(13)1【摘要】应用双层流延法制备Ni-ScSZ阳极支撑体-ScSZ电解质复合膜素坯,经共烧结得到复合膜.以硝酸铈和硝酸钆为原料,柠檬酸作燃料,由燃烧合成法制备Gd0.2Ce0.8O2(GDC)包覆的Ni-ScSZ阳极.X-射线衍射(XRD)和电子显微镜(TEM 和SEM)分析显示,Ni-ScSZ阳极颗粒表面的包覆层是由直径小于100 nm的GDC 微粒构成,并与Ni-ScSZ阳极颗粒紧密烧结在一起.实验表明,2.0%(by mass)GDC 包覆的Ni-ScSZ阳极具有较佳的性能,以其组装的单电池在850℃用H2或CH4作燃料的最大功率密度分别是825和848 mW/cm2,而由无包覆的Ni-ScSZ作阳极的单电池,功率密度分别是584和586 mW/cm2.由两种阳极材料组装的单电池,分别在700℃于CH4气氛下作长时间发电实验,发现2.0%(by mass)GDC包覆的Ni-ScSZ阳极比Ni-ScSZ阳极具有较好的抗碳沉积性能.【总页数】8页(P50-57)【关键词】固体氧化物燃料电池(SOFC);甲烷氧化;阳极;碳沉积;交流阻抗【作者】刘仁柱;黄波;叶晓峰;王绍荣;曹佳弟;聂怀文;温廷琏【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所功能陶瓷研究中心【正文语种】中文【中图分类】TM911.4【相关文献】1.固体氧化物燃料电池阳极材料La0.8Mg0.2Cr0.8M0.2O3-δ(M＝Zn,Al,Zr)的研究 [J], 张艳雪;朱伟长2.固-溶法制备中温固体氧化物燃料电池高性能La0.8Sr0.2MnO3-Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3阴极 [J], 孟丽;王方中;王傲;蒲健;池波;李箭0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ基固体氧化物电解池复合阳极的制备及性能 [J], 孔江榕;周涛;刘鹏;张勇;徐景明4.固体氧化物燃料电池阳极材料Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_6(SFM)/Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)的研究 [J], 王永昌;田野因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

丝网印刷法制备固体氧化物燃料电池Ag-GDC电极的研究邹高昌;陈倩阳;谭楷;夏美荣;范子岱;刘江【期刊名称】《陶瓷学报》【年(卷),期】2021(42)6【摘要】银和掺钆的氧化铈(GDC,Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(1.9))复合而成的Ag-GDC 金属陶瓷,可作为固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的对称电极材料,但其制备工艺的研究还很缺乏。

研究了丝网印刷工艺在钇稳定化氧化锆(ZrO_(2))_(0.92)(Y_(2)O_(3))_(0.08)(YSZ)电解质上制备Ag-GDC电极对SOFC性能的影响。

通过SEM和SOFC电性能的测试,研究丝网印刷浆料的固载量和黏结剂添加量、丝网的目数等对制备的Ag-GDC电极的微观结构、厚度、孔隙率、电池的输出性能以及电池性能的一致性的影响。

结果表明,采用优化的浆料和丝网目数,能够一次性印刷出所需厚度(~20μm)的电极,制备SOFC在800℃运行时的平均峰值输出功率密度达240 mW·cm^(-2),各电池性能差别小于12 mW·cm^(-2)。

【总页数】8页(P997-1004)【作者】邹高昌;陈倩阳;谭楷;夏美荣;范子岱;刘江【作者单位】华南理工大学环境与能源学院【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75【相关文献】1.固/液相等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池复合电极2.固体氧化物燃料电池电极材料研究：II.甲烷氧化转化阳极材料的制备与…3.对称固体氧化物燃料电池电极材料Sm0.9Pr0.1FeO3-δ的制备及性能研究4.可逆固体氧化物燃料电池氧电极材料的研究进展5.中温固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_(2)Ni_((1-x))CuxO_(4)的制备与电极性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。