梯度Cu-CeO2-Ni-YSZ复合阳极直接甲烷SOFC的制备与性能

孟秀霞 宫勋 杨乃涛 谭小耀 马紫峰

引用本文: 孟秀霞, 宫勋, 杨乃涛, 谭小耀, 马紫峰. 梯度Cu-CeO2-Ni-YSZ复合阳极直接甲烷SOFC的制备与性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(08): 1719-1726. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305151 shu
Citation:  MENG Xiu-Xia, NG Xun, YANG Nai-Tao, TAN Xiao-Yao, MA Zi-Feng. Preparation and Properties of Direct-Methane Solid Oxide Fuel Cell Based on a Graded Cu-CeO2-Ni-YSZ Composite Anode[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(08): 1719-1726. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305151 shu

梯度Cu-CeO2-Ni-YSZ复合阳极直接甲烷SOFC的制备与性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21076118, 21173147) (21076118, 21173147)

    山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(2010BSB01011)资助项目 (2010BSB01011)

摘要:

采用三层共压-共烧结法, 并涂覆La0.8Sr0.2MnO3 (LSM)阴极, 制备了梯度Ni-YSZ阳极结构的固体氧化物燃料电池(SOFC)(大孔Ni-YSZ|微孔Ni-YSZ|YSZ|LSM) (YSZ: Y2O3稳定的ZrO2; LSM: Sr 掺杂的LaMnO3).通过浸渍法在大孔Ni-YSZ 基底中沉积占总重量约1%的Cu-CeO2抗积碳催化剂, 形成梯度Cu-CeO2-Ni-YSZ复合阳极. 分别以CH4和H2为燃料, 空气为氧化剂, 测定了构造的SOFC输出电性能和长期稳定性. 结果表明,三层共压-共烧结法制备的梯度阳极SOFC, 层间结合紧密无缺陷, 阳极梯度孔结构明显, YSZ膜致密无缺陷.在850℃下操作, 以梯度Ni-YSZ 阳极制备的SOFC, 燃料由H2切换为甲烷时, 最大功率密度由284 mW·cm-2下降到143 mW·cm-2; 而以Cu-CeO2-Ni-YSZ 复合阳极构造的SOFC出现相反趋势, H2切换为甲烷后最大输出由176 mW·cm-2增加到196 mW·cm-2. 在250 mA·cm-2负荷下, 梯度Ni-YSZ阳极支撑的直接甲烷SOFC仅稳定运转10 h 便出现明显衰减, 阳极中积碳严重; 但Cu-CeO2-Ni-YSZ 复合阳极支撑SOFC连续运转50 h, 输出电压与输出功率密度基本不变, 电镜观察不到积碳.

English

  • 
    1. [1]

      (1) Lawlor, V.; Griessera, S.; Buchingerd, G.; Olabi, A. G.;Cordiner, S.; Meissner, D. J. Power Sources 2009, 193, 387.doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.02.085

      (1) Lawlor, V.; Griessera, S.; Buchingerd, G.; Olabi, A. G.;Cordiner, S.; Meissner, D. J. Power Sources 2009, 193, 387.doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.02.085

    2. [2]

      (2) Suzuki, T.; Yamaguchi, T.; Fujishiro, Y.; Awano, M.J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A925.(2) Suzuki, T.; Yamaguchi, T.; Fujishiro, Y.; Awano, M.J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A925.

    3. [3]

      (3) Lee, T. J.; Kendall, K. J. Power Sources 2008, 181, 195. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.03.019(3) Lee, T. J.; Kendall, K. J. Power Sources 2008, 181, 195. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.03.019

    4. [4]

      (4) rte, R. J.; Vohs, J. M. Current Opinion in Colloid & Interface Science 2009, 14, 236. doi: 10.1016/j.cocis.2009.04.006(4) rte, R. J.; Vohs, J. M. Current Opinion in Colloid & Interface Science 2009, 14, 236. doi: 10.1016/j.cocis.2009.04.006

    5. [5]

      (5) Zhan, Z. L.; Barnett, S. A. Science 2005, 308, 844. doi: 10.1126/science.1109213(5) Zhan, Z. L.; Barnett, S. A. Science 2005, 308, 844. doi: 10.1126/science.1109213

    6. [6]

      (6) Kurokawa, H.; Sholklapper, T. Z.; Jacobson, C. P.; Jonghe, L. C.D.; Visco, S. J. Electrochem. Solid-State 2007, 10, B135.(6) Kurokawa, H.; Sholklapper, T. Z.; Jacobson, C. P.; Jonghe, L. C.D.; Visco, S. J. Electrochem. Solid-State 2007, 10, B135.

    7. [7]

      (7) Resini, C.; Delgado, M. C. H.; Presto, S.; Alemany, L. J.; Riani,P.; Marazza, R.; Ramis, G.; Busca, G. Int. J. Hydrog. Energy2008, 33, 3728. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.04.044(7) Resini, C.; Delgado, M. C. H.; Presto, S.; Alemany, L. J.; Riani,P.; Marazza, R.; Ramis, G.; Busca, G. Int. J. Hydrog. Energy2008, 33, 3728. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.04.044

    8. [8]

      (8) Huang, B.;Wang, S. R.; Liu, R. Z.;Wen, T. L. J. Power Sources2007, 167, 288. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.02.075(8) Huang, B.;Wang, S. R.; Liu, R. Z.;Wen, T. L. J. Power Sources2007, 167, 288. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.02.075

    9. [9]

      (9) Lee, S. I.; Ahn, K.; Vohs, J. M.; rte, R. J. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A48.(9) Lee, S. I.; Ahn, K.; Vohs, J. M.; rte, R. J. Electrochem. Solid-State Lett. 2005, 8, A48.

    10. [10]

      (10) Lei, Z.; Zhu, Q. S.; Han, M. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (3), 583. [雷泽, 朱庆山, 韩敏芳. 物理化学学报, 2010, 26 (3), 583.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100323(10) Lei, Z.; Zhu, Q. S.; Han, M. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (3), 583. [雷泽, 朱庆山, 韩敏芳. 物理化学学报, 2010, 26 (3), 583.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100323

    11. [11]

      (11) Jiang, S. P. Mater Sci Eng. A 2006, 418, 199. doi: 10.1016/j.msea.2005.11.052(11) Jiang, S. P. Mater Sci Eng. A 2006, 418, 199. doi: 10.1016/j.msea.2005.11.052

    12. [12]

      (12) Ye, X. F.; Zhou, J.;Wang, S. R.; Zeng, F. R.;Wen, T. L.; Zhan,Z. L. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 505.(12) Ye, X. F.; Zhou, J.;Wang, S. R.; Zeng, F. R.;Wen, T. L.; Zhan,Z. L. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 505.

    13. [13]

      (13) Zhou, X.; Zhen, J.; Liu, L.; Li, X.; Zhang, N.; Sun, K. J. Power Sources 2012, 201, 128. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.129(13) Zhou, X.; Zhen, J.; Liu, L.; Li, X.; Zhang, N.; Sun, K. J. Power Sources 2012, 201, 128. doi: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.129

    14. [14]

      (14) Tao, S.W.; Irvine, J. T. S. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A252.(14) Tao, S.W.; Irvine, J. T. S. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A252.

    15. [15]

      (15) Fu, Q. X.; Tietz, F.; Stover, D. J. Electrochem. Soc. 2006, 153,D74.(15) Fu, Q. X.; Tietz, F.; Stover, D. J. Electrochem. Soc. 2006, 153,D74.

    16. [16]

      (16) Haag, J. M.; Madsen, B. D.; Barnett, S. A. Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, B51.(16) Haag, J. M.; Madsen, B. D.; Barnett, S. A. Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, B51.

    17. [17]

      (17) Kim, G.; Corre, G.; Irvine, J. T. S.; Vohs, J. M.; rte, R. J.Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, B16.(17) Kim, G.; Corre, G.; Irvine, J. T. S.; Vohs, J. M.; rte, R. J.Electrochem. Solid-State Lett. 2008, 11, B16.

    18. [18]

      (18) Ye, X. F.;Wang, S. R.; Hu, Q.; Chen, J. Y.;Wen, T. L.;Wen, Z.Y. Solid State Ionics 2009, 180, 276. doi: 10.1016/j.ssi.2008.11.010(18) Ye, X. F.;Wang, S. R.; Hu, Q.; Chen, J. Y.;Wen, T. L.;Wen, Z.Y. Solid State Ionics 2009, 180, 276. doi: 10.1016/j.ssi.2008.11.010

    19. [19]

      (19) Ye, X.;Wang, S. R.; Hu, Q.;Wang, Z. R.;Wen, T. L.,Wen, Z. Y.Electrochem. Commun. 2009, 11, 823. doi: 10.1016/j.elecom.2009.02.003(19) Ye, X.;Wang, S. R.; Hu, Q.;Wang, Z. R.;Wen, T. L.,Wen, Z. Y.Electrochem. Commun. 2009, 11, 823. doi: 10.1016/j.elecom.2009.02.003

    20. [20]

      (20) Ye, X. F.; Huang, B.;Wang, S. R.;Wang, Z. R.; Xiong, L.;Wen,T. L. J. Power Sources 2007, 164, 203. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.10.056(20) Ye, X. F.; Huang, B.;Wang, S. R.;Wang, Z. R.; Xiong, L.;Wen,T. L. J. Power Sources 2007, 164, 203. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.10.056

    21. [21]

      (21) Zhao, F.; Virkar, A. V. J. Power Sources 2005, 141, 79. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.08.057(21) Zhao, F.; Virkar, A. V. J. Power Sources 2005, 141, 79. doi: 10.1016/j.jpowsour.2004.08.057

    22. [22]

      (22) Zong,W. Z.; Zhu, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (4),827. [宗卫正, 朱永法. 物理化学学报, 2010, 26 (4), 827.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100443(22) Zong,W. Z.; Zhu, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (4),827. [宗卫正, 朱永法. 物理化学学报, 2010, 26 (4), 827.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100443

    23. [23]

      (23) Li, Q.; Zhao,H.; Jiang, R.; Guo, L. F. Acta Phys. -Chim. Sin.2012, 28 (9), 2065. [李强, 赵辉, 江瑞, 郭力帆. 物理化学学报, 2012, 28 (9), 2065.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201206272(23) Li, Q.; Zhao,H.; Jiang, R.; Guo, L. F. Acta Phys. -Chim. Sin.2012, 28 (9), 2065. [李强, 赵辉, 江瑞, 郭力帆. 物理化学学报, 2012, 28 (9), 2065.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201206272

    24. [24]

      (24) Yang, N. T.; Tan, X.; Meng, X. X.; Yin, Y.; Ma, Z. F. ECS Transaction 2009, 25 (2), 811.(24) Yang, N. T.; Tan, X.; Meng, X. X.; Yin, Y.; Ma, Z. F. ECS Transaction 2009, 25 (2), 811.

    25. [25]

      (25) Lin, Y.; Zhan, Z.; Liu, J.; Barnett, S. A. Solid State Ionics 2005,176, 1827. doi: 10.1016/j.ssi.2005.05.008(25) Lin, Y.; Zhan, Z.; Liu, J.; Barnett, S. A. Solid State Ionics 2005,176, 1827. doi: 10.1016/j.ssi.2005.05.008

    26. [26]

      (26) Liu, J.; Barnett, S. A. Solid State Ionics 2003, 158, 11. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00769-5(26) Liu, J.; Barnett, S. A. Solid State Ionics 2003, 158, 11. doi: 10.1016/S0167-2738(02)00769-5

    27. [27]

      (27) Kishimoto, H.; Yamaji, K.; Horita, T.; Xiong, Y. P.; Sakai, N.;Brito, M. E.; Yokokawa, H. Electrochem. Soc. 2006, 153 (6),982. doi: 10.1149/1.2186790(27) Kishimoto, H.; Yamaji, K.; Horita, T.; Xiong, Y. P.; Sakai, N.;Brito, M. E.; Yokokawa, H. Electrochem. Soc. 2006, 153 (6),982. doi: 10.1149/1.2186790

    28. [28]

      (28) Pillaia, M.; Lin, Y.; Zhu, H.; Kee, R. J.; Barnett, S. A. J. Power Sources 2010, 195, 271. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.05.032(28) Pillaia, M.; Lin, Y.; Zhu, H.; Kee, R. J.; Barnett, S. A. J. Power Sources 2010, 195, 271. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.05.032

    29. [29]

      (29) Lin, Y.; Zhan, Z.; Barnett, S. A. J. Power Sources 2006, 158,1313. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.09.060(29) Lin, Y.; Zhan, Z.; Barnett, S. A. J. Power Sources 2006, 158,1313. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.09.060

    30. [30]

      (30) Fisher, J. C.; Chuang, S. S. C. Catal. Commun. 2009, 10, 772.doi: 10.1016/j.catcom.2008.11.035(30) Fisher, J. C.; Chuang, S. S. C. Catal. Commun. 2009, 10, 772.doi: 10.1016/j.catcom.2008.11.035

    31. [31]

      (31) Sariboga, V.; Oksuzomer, F. Applied Energy 2012, 93, 707. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.01.003

      (31) Sariboga, V.; Oksuzomer, F. Applied Energy 2012, 93, 707. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.01.003

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  725
  • 文章访问数:  1007
  • HTML全文浏览量:  52
文章相关
  • 发布日期:  2013-07-09
  • 收稿日期:  2013-02-06
  • 网络出版日期:  2013-05-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章