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    高性能固體氧化物燃料電池正極材料Ca3Co2O6的評價

    2020.12.01
    引言

      傳統的固體-氧化鋅(YSZ)作為電解質和氫燃料的氧化燃料電池(SOFC)具有良好的性能,為高溫下提供清潔能源提供了希望;但電化學性能對溫度高度敏感。中溫(IT)技術為低成本、高效率和溫和的運行條件帶來了很好的前景。對于IT-sofc的發展,陰極、陽極和電解液材料至關重要。




    成果介紹

    鈷基熱電化合物Ca3Co2O6CCO)是一種性能優良的中溫固體氧化物燃料電池(SOFC)陰極材料。進行了系統評價。采用林賽斯熱膨脹儀(Linseis L75H ,Germany)測量TEC。通過對電解液的熱膨脹系數(TEC)、熱應力(σ)和界面剪切應力(τ)的測定,表明CCO與幾種常用的IT電解液匹配良好。在800℃時,最大功率密度為1.47W cm-2,并檢測到11.7mV的附加熱電電壓。其優良的電化學性能、熱電效應以及與電解液相當的熱機械性能,使其成為一種很有前途的SOFC陰極材料。


    圖文導讀


    1:(a) Ca3Co2O6的高溫XRD圖譜在500至1100℃的空氣中測試,最后在25℃下測試。(b)溫度對晶格參數a(?)、c(?)和V(?3)的依賴性。


     




    2:不同溫度下Ni1SDC | SDC | LSGM(100 mm)| CCO雙腔燃料電池單電池電壓和功率密度隨電流密度變化的電化學性能。




     




    3:CCO和BSCF陰極的過電位ηc800℃下空氣和純氧環境中電流密度的函數關系。


     




    4:以CCO為陰極的不同電催化劑(300 mm LSGM,SDC BZCY)支撐的單電池的功率密度。Ni1SDC | SDC | LSGM(300mm)| BSCF為對照。


     




    5:熱應力σ作為溫度對CCO和BSCF的函數。


     





    6:測定了(a)BSCF陰極和(b)CCO陰極電池的室溫下界面剪切應力t曲線。(c)BSCF陰極和(d)CCO陰極電池t測試后的光學照片。



     





    7:(a)CCO晶體結構由CoO6/3共面共八面體和三角棱鏡多面體組成。(b)CCO子系統鏈中氧離子的傳導圖。(c)氧離子和電子從一個CoO6/3結構到另一個結構的三個可能通道。


     





    8:利用柱狀CCO熱電陰極將燃料電池廢熱轉化為電所產生的熱電電壓。




     





    【結論】


           綜上所述,我們開發了一種用于SOFC的新型Co基陰極材料,以獲得優良的性能。對Ca3Co2O6作為陰極材料進行了系統評價。對一些重要的熱學和力學參數TEC,στ的測試表明,CCO可以與幾種常用的IT電解液(LSGM,SDC,BZCY)相匹配,在長時間的電池運行過程中無損傷、無化學反應,具有廣闊的應用前景。在800℃下獲得了高達1.47W cm-2的最大功率密度和11.7mv的熱電電壓,證明了CCO是一種優良的IT-SOFC陰極材料。CCO優良的電化學性能可歸因于其獨特的共面共享鏈結構、匹配的熱機械性能和熱-電效應的混合氧化物-離子/電子導電性能。需要指出的是,CCO熱電效應產生的功率輸出,為利用SOFC中的余熱提高電化學性能開辟了可能。




    【LINSEIS小課堂】

         林賽斯熱膨脹儀系列擁有全線產品,溫度段低至-263℃,高至2800℃,分辨率高達0.03nm,可滿足用戶對溫度需求。根據不同的應用需求,我們提供單桿、雙桿、四桿、差示、淬火、激光、光學等不同熱膨脹儀。LINSEIS自1953年開始專注于研究和開發熱膨脹儀,堅持創新,為廣大材料人提供更多的測試方案。

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