用天然氣做燃料極空氣做氧化極的燃料電池
燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池
氫-氧燃料電池反應(yīng)原理這個反應(yīng)是電解水的逆過程。電極應(yīng)為： 負(fù)極：H2 +2OH-→2H2O +2e-
正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-
電池反應(yīng)：H2+1/2O2==H2O
另外，只有燃料電池本體還不能工作，

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必須有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置等。

燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。
在實用的燃料電池中因工作的電解質(zhì)不同，經(jīng)過電解質(zhì)與反應(yīng)相關(guān)的離子種類也不同。PAFC和PEMFC反應(yīng)中與氫離子（H+）相關(guān)，發(fā)生的反應(yīng)為：
燃料極：H2==2H++2e-（1）
空氣極：2H++1/2O2+2e-H2O（2）
全體：H2+1/2O2H2O（3）
在燃料極中，供給的燃料氣體中的H2分解成H+和e-，H+移動到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。e-經(jīng)由外部的負(fù)荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了e-不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。并且從上式中的反應(yīng)式（3）可以看出，由H2和O2生成的H2O，除此以外沒有其他的反應(yīng)，H2所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。但實際上，伴隨著電極的反應(yīng)存在一定的電阻，會引起了部分熱能產(chǎn)生，由此減少了轉(zhuǎn)換成電能的比例。 引起這些反應(yīng)的一組電池稱為組件，產(chǎn)生的電壓通常低于一伏。因此，為了獲得大的出力需采用組件多層迭加的辦法獲得高電壓堆。組件間的電氣連接以及燃料氣體和空氣之間的分離，采用了稱之為隔板的、上下兩面中備有氣體流路的部件，PAFC和PEMFC的隔板均由碳材料組成。堆的出力由總的電壓和電流的乘積決定，電流與電池中的反應(yīng)面積成比。

PAFC的電解質(zhì)為濃磷酸水溶液，而PEMFC電解質(zhì)為質(zhì)子導(dǎo)電性聚合物系的膜。電極均采用碳的多孔體，為了促進反應(yīng)，以Pt作為觸媒，燃料氣體中的CO將造成中毒，降低電極性能。為此，在PAFC和PEMFC應(yīng)用中必須限制燃料氣體中含有的CO量，特別是對于低溫工作的PEMFC更應(yīng)嚴(yán)格地加以限制。
磷酸燃料電池的基本組成和反應(yīng)原理是：燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后送到改質(zhì)器，把燃料轉(zhuǎn)化成H2、CO和水蒸氣的混合物，CO和水進一步在移位反應(yīng)器中經(jīng)觸媒劑轉(zhuǎn)化成H2和CO2。經(jīng)過如此處理后的燃料氣體進入燃料堆的負(fù)極(燃料極)，同時將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進行化學(xué)反應(yīng)，借助觸媒劑的作用迅速產(chǎn)生電能和熱能。
相對PAFC和PEMFC，高溫型燃料電池MCFC和SOFC則不要觸媒，以CO為主要成份的煤氣化氣體可以直接作為燃料應(yīng)用，而且還具有易于利用其高質(zhì)量排氣構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等特點。
MCFC主構(gòu)成部件。含有電極反應(yīng)相關(guān)的電解質(zhì)（通常是為Li與K混合的碳酸鹽）和上下與其相接的2塊電極板（燃料極與空氣極），以及兩電極各自外側(cè)流通燃料氣體和氧化劑氣體的氣室、電極夾等，電解質(zhì)在MCFC約600~700℃的工作溫度下呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的液體，形成了離子導(dǎo)電體。電極為鎳系的多孔質(zhì)體，氣室的形成采用抗蝕金屬。
MCFC工作原理。空氣極的O2（空氣）和CO2與電相結(jié)合，生成CO32-（碳酸離子），電解質(zhì)將CO32-移到燃料極側(cè)，與作為燃料供給的H+相結(jié)合，放出e-，同時生成H2O和CO2。化學(xué)反應(yīng)式如下：
燃料極：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4）
空氣極：CO2+1/2O2+2e-CO32-（5）
全體：H2+1/2O2H2O（6）
在這一反應(yīng)中，e-同在PAFC中的情況一樣，它從燃料極被放出，通過外部的回路反回到空氣極，由e-在外部回路中不間斷的流動實現(xiàn)了燃料電池發(fā)電。另外，MCFC的最大特點是，必須要有有助于反應(yīng)的CO32-離子，因此，供給的氧化劑氣體中必須含有碳酸氣體。并且，在電池內(nèi)部充填觸媒，從而將作為天然氣主成份的CH4在電池內(nèi)部改質(zhì)，在電池內(nèi)部直接生成H2的方法也已開發(fā)出來了。而在燃料是煤氣的情況下，其主成份CO和H2O反應(yīng)生成H2，因此，可以等價地將CO作為燃料來利用。為了獲得更大的出力，隔板通常采用Ni和不銹鋼來制作。
SOFC是以陶瓷材料為主構(gòu)成的，電解質(zhì)通常采用ZrO2(氧化鋯)，它構(gòu)成了O2-的導(dǎo)電體Y2O3（氧化釔）作為穩(wěn)定化的YSZ（穩(wěn)定化氧化鋯）而采用。電極中燃料極采用Ni與YSZ復(fù)合多孔體構(gòu)成金屬陶瓷，空氣極采用LaMnO3(氧化鑭錳)。隔板采用LaCrO3(氧化鑭鉻)。為了避免因電池的形狀不同，電解質(zhì)之間熱膨脹差造成裂紋產(chǎn)生等，開發(fā)了在較低溫度下工作的SOFC。電池形狀除了有同其他燃料電池一樣的平板型外，還有開發(fā)出了為避免應(yīng)力集中的圓筒型。SOFC的反應(yīng)式如下：
燃料極：H2+O2-==H2O+2e-（7）
空氣極：1/2O2+2e-O2-（8）
全體：H2+1/2O2H2O（9）
燃料極，H2經(jīng)電解質(zhì)而移動，與O2-反應(yīng)生成H2O和e-。空氣極由O2和e-生成O2-。全體同其他燃料電池一樣由H2和O2生成H2O。在SOFC中，因其屬于高溫工作型，因此，在無其他觸媒作用的情況下即可直接在內(nèi)部將天然氣主成份CH4改質(zhì)成H2加以利用，并且煤氣的主要成份CO可以直接作為燃料利用。
組成結(jié)構(gòu)。
燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極（Electrode）、電解質(zhì)隔膜（Electrolyte Membrane）與集電器（Current Collector）等。
　　1、電極
　　燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場所，其性能的好壞關(guān)鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。
　　電極主要可分為兩部分，其一為陽極（Anode），另一為陰極（Cathode），厚度一般為200－500mm；其結(jié)構(gòu)與一般電池之平板電極不同之處，在于燃料電池的電極為多孔結(jié)構(gòu)，所以設(shè)計成多孔結(jié)構(gòu)的主要原因是燃料電池所使用的燃料及氧化劑大多為氣體（例如氧氣、氫氣等），而氣體在電解質(zhì)中的溶解度并不高，為了提高燃料電池的實際工作電流密度與降低極化作用，故發(fā)展出多孔結(jié)構(gòu)的的電極，以增加參與反應(yīng)的電極表面積，而此也是燃料電池當(dāng)初所以能從理論研究階段步入實用化階段的重要關(guān)鍵原因之一。
　　目前高溫燃料電池之電極主要是以觸媒材料制成，例如固態(tài)氧化物燃料電池（簡稱SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（簡稱YSZ）及熔融碳酸鹽燃料電池（簡稱MCFC）的氧化鎳電極等，而低溫燃料電池則主要是由氣體擴散層支撐一薄層觸媒材料而構(gòu)成，例如磷酸燃料電池（簡稱PAFC）與質(zhì)子交換膜燃料電池（簡稱PEMFC）的白金電極等。 [4]
　　2、電解質(zhì)隔膜
　　電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子，故電解質(zhì)隔膜越薄越好，但亦需顧及強度，就現(xiàn)階段的技術(shù)而言，其一般厚度約在數(shù)十毫米至數(shù)百毫米；至于材質(zhì)，目前主要朝兩個發(fā)展方向，其一是先以石棉（Asbestos）膜、碳化硅SiC膜、鋁酸鋰（LiAlO3）膜等絕緣材料制成多孔隔膜，再浸入熔融鋰－鉀碳酸鹽、氫氧化鉀與磷酸等中，使其附著在隔膜孔內(nèi)，另一則是采用全氟磺酸樹脂（例如PEMFC）及YSZ（例如SOFC）。
　　3、集電器
　　集電器又稱作雙極板（Bipolar Plate），具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用，集電器的性能主要取決于其材料特性、流場設(shè)計及其加工技術(shù)。
下面介紹一種新型PAFC燃料電池。這種新型燃料電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示
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燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。空氣極的O2（空氣）和CO2與電相結(jié)合，生成CO32-（碳酸離子），電解質(zhì)將CO32-移到燃料極側(cè)，與作為燃料供給的H+相結(jié)合，放出e-，同時生成H2O和CO2。化學(xué)反應(yīng)式如下：
燃料極：H2+CO32-==H2O+CO2+2e-（4）
空氣極：CO2+1/2O2+2e-CO32-（5）
全體：H2+1/2O2H2O（6）

天然氣，主要由甲烷(85%)和少量乙烷(9%)、丙烷(3%)、氮(2%)和丁烷(1%)組成，通過玻璃管進入到燃料電池的負(fù)極管中的電解池中，空氣或氧氣通過玻璃管進入到燃料電池的正極管中的電解池中，玻璃管正極玻璃管的末端是正極，負(fù)極玻璃管的末端是負(fù)極，電極均采用多孔高鎳鋼管或鈣鈦礦金屬氧化物,陰極為鎳酸鑭復(fù)合氧化物，或陰極為鑭系鐵酸鹽/鎳酸鹽復(fù)合陰極材料，或陰極為Sm0.5Sr0.5CoO3材料，或陰極為Sm0．5Sr0．5CoO3-La0．8Sr0．2Ga0．8Mg0．15Co0．05O3復(fù)合陰極，陽極為鎳-鐵-鎵酸鑭復(fù)合陽極物。或陽極為鎵酸鑭基SOFC陽極。或陽極為復(fù)合電極La-Ni-B。或陽極為鎳-鎵酸鑭復(fù)合陽極，或陽極為基于錳鐵摻雜的鉻酸鍶鑭的燃料電池陽極復(fù)合材料
燃料電池的電解池由鉻鎳鋼構(gòu)成，雙極板為316L不銹鋼雙極板。隔膜由兩層石棉膜中間加一層玻璃棉，一層海綿，一層活性炭膜，一層石墨粉末制造。電解液主要成分為碳酸鋰，碳酸鉀，磷酸鋰，磷酸鉀，磷酸鈉水溶液。用汽油噴燈將燃料電池加熱到600~700℃，電解液中的碳酸鋰，碳酸鉀，磷酸鋰，磷酸鉀，磷酸鈉水溶液形成水蒸氣霧化后的氣態(tài)。天然氣在陰極電解液中在鐵元素的催化下變成氫氣，氫氣和碳酸根離子反應(yīng)生成水和電子。電子通過隔膜進入陽極電解室。
空氣中的氧氣和二氧化碳在陽極電解液中和電子反應(yīng)生成碳酸根。碳酸根通過隔膜進入陰極電解室。
鑭系鐵酸鹽/鎳酸鹽復(fù)合陰極材料的制備方法可見專利一種鐵酸鑭/鎳酸鑭系燃料電池膜電極材料及其制備方法，專利號為201711455372.3。
它的制備方法如下。
將固相燒結(jié)的釔摻雜氧化鋯材料與鑭系硝酸鹽和鐵源、含Sr助劑混合球磨，含Sr助劑中包含少量鍶類氧化物，形成YSZ?La1?xSrxFeO3類材料前驅(qū)體漿料。之后將球磨后的漿體均勻涂覆在鎳酸鹽基陣列上，經(jīng)過預(yù)燒，燒結(jié)，保溫，剝離基底等工序，制備得到鑭系鐵酸鹽/鎳酸鹽復(fù)合陰極材料。制備的膜電極材料結(jié)構(gòu)為鑭系鐵酸鹽包覆YSZ材料形成鈣鈦礦網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架，鎳酸鹽與La系復(fù)合為鈣鈦礦網(wǎng)格填充材料，合成一種雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)復(fù)合的陰極材料。可以在保持鎳酸鹽的高質(zhì)子遷移率和電子遷移率的同時防止與YSZ電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，同時鐵鹽的引入可以穩(wěn)定其鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)LaSrFeNiO3類材料鎳摻雜后引起的催化活性下降的問題。
二甲醚燃料電池鎳-鐵-鎵酸鑭復(fù)合陽極的研究
摻雜的鎵酸鑭具有高的氧離子電導(dǎo)率、氧遷移數(shù)以及較好的穩(wěn)定性，是一種有前景的中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC)電解質(zhì)材料。以摻雜的鎵酸鑭為電解質(zhì)的高性能二甲醚(DME)ITSOFC的開發(fā)逐漸引起人們的興趣。本文考察了鎳-鐵-鎵酸鑭材料作為DME燃料電池陽極的性能，并對用于陽極測試的三電極測試體系進行了初步研究，分析了參比電極位置、對電極活性對測試結(jié)果的影響。 用浸漬法制備了系列Ni-Fe-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(Ni-Fe-LSGMC8.5)復(fù)合陽極，LSGMC8.5占電極質(zhì)量的25wt％。利用多種技術(shù)考察了電極物相組成、微觀結(jié)構(gòu)以及催化氫、二甲醚氧化的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，鎳、鐵在電極中以合金的形式存在，并與鎵酸鑭存在一定的反應(yīng)。電極以及電極/電解質(zhì)界面的微觀結(jié)構(gòu)與電極中Ni-Fe摩爾比有關(guān)，鐵含量的增加促進了電極的燒結(jié)并改變了電極/電解質(zhì)界面的微觀結(jié)構(gòu)。Ni∶Fe為8∶2(Ni8-Fe2)至7∶3(Ni7-Fe3)的電極具有好的電極以及電極/電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)，并具有較小的電極極化電阻以及歐姆電阻。其中Ni8-Fe2/La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)/Sm0.5Sr0.5CoO3-LSGMC5電池在1073K、以H2和DME為燃?xì)鈺r的最大功率密度分別為1.20、0.99W?cm-2。 考察了Ni8-Fe2陽極催化二甲醚氧化的穩(wěn)定性與積碳特性。以50％DME為燃料、1073K下，電極具有高的活性與穩(wěn)定性，電極中不存在明顯的積碳現(xiàn)象。隨著溫度的降低，電池性能的衰減較快，并出現(xiàn)了積碳。初步研究了1073K下Ni8-Fe2電極上進行的DME氧化反應(yīng)動力學(xué)。反應(yīng)速率的氧活度級數(shù)為1。反應(yīng)速率與DME分壓的關(guān)系比較復(fù)雜，在低DME分壓下反應(yīng)速率隨DME分壓的增加而增加，在高DME分壓下略有減小。 首次系統(tǒng)研究了參比電極位置、對電極活性對三電極測試結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，參比電極位置對工作電極活性高于對電極體系的測試有較大影響，而對低活性工作電極的測試沒有明顯影響。利用三電極體系表征電極，需保證對電極活性明顯高于工作電極
鎵酸鑭基固體氧化物燃料電池鎳-鐵-鎵酸鑭復(fù)合陽極的研究
摻雜的鎵酸鑭具有高的氧離子電導(dǎo)率、氧遷移數(shù)以及好的穩(wěn)定性，是一種有前景的中溫固體氧化物燃料電池(ITSOFC)電解質(zhì)材料。高性能陽極的開發(fā)是以摻雜的鎵酸鑭為電解質(zhì)的ITSOFC的重要研究內(nèi)容。本文考察了Ni-Fe-鎵酸鑭復(fù)合陽極的化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)活性以及活化現(xiàn)象。 用浸漬法制各了系列Ni-Fe-鎵酸鑭復(fù)合陽極，并采用XRD技術(shù)考察了陽極的物相。結(jié)果表明，NiO與鎵酸鑭粉末具有良好的化學(xué)相容性，在經(jīng)1473 K空氣中焙燒后的電極中未觀察到新的物相。在高溫下，復(fù)合電極中金屬Ni與鎵酸鑭粉末在氫氣中發(fā)生反應(yīng)。首次發(fā)現(xiàn)在陽極中摻入Fe可以顯著抑制Ni與鎵酸鑭的反應(yīng)。Ni與鎵酸鑭的反應(yīng)還受到摻雜的鎵酸鑭粉末的種類以及電極焙燒溫度的影響。 采用交流阻抗、直流極化等技術(shù)考察了Ni-Fe-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3-δ(LSGMC5)復(fù)合陽極組成對于電化學(xué)性能的影響。隨著電極中Fe含量的增加，電極的歐姆電阻和極化電阻顯著減小。電極性能的提高是由于Fe改善了電極以及電極/電解質(zhì)界面的微觀結(jié)構(gòu)、抑制了Ni與LSGMC5的副反應(yīng)。電極中LSGMC5粉末含量對于電極催化氫氣及二甲醚電化學(xué)氧化反應(yīng)的影響顯著不同，LSGMC5對于二甲醚的氧化具有特殊的催化作用。不同燃?xì)庀?#xff0c;電極極化電阻均隨LSGMC5粉末含量的增加而減小，以二甲醚為燃?xì)鈺r，LSGMC5摻雜量為30％的復(fù)合陽極具有最高的電化學(xué)性能。以氫氣為燃?xì)鈺r，LSGMC5摻雜量為20％的陽極的電化學(xué)性能最高，隨著LSGMC5摻雜量的進一步增加，電極極化電阻顯著增大。 首次報道了高溫陽極極化可以顯著提高Ni8-Fe2-LSGMC5性能的現(xiàn)象。高溫極化后，電極的極化電阻與歐姆電阻均顯著減小。極化后電極的性能與極化電流密度、極化時間、極化溫度有明顯的關(guān)系。電極性能的提高與極化下電極以及電極/電解質(zhì)界面微觀結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。
鎵酸鑭基SOFC陽極的制備及性能研究
采用機械混合法制備與鎵酸鑭匹配的陽極Ni-Ce0.7La0.3O1.85,為了避免陽極中的金屬Ni與鎵酸鑭電解質(zhì)擴散發(fā)生界面間的有害反應(yīng),采用固相反應(yīng)法制備La2O3摻雜的CeO2作為阻擋層涂敷燒結(jié)在電解質(zhì)和陽極之間,在此基礎(chǔ)上制備了具有優(yōu)異活性的陽極。NiO含量40%,48%的陽極均較相同配比無阻擋層陽極的極化小,可見阻擋層加入后陽極的催化活性提高。組裝模擬電池后測試功率密度時發(fā)現(xiàn),無阻擋層的燃料電池在800℃工作時的最大功率密度達到0.363 W?cm-2,有阻擋層燃料電池的最大功率密度為0.203 W?cm-2。
碳?xì)淙剂瞎腆w氧化物燃料電池陽極制備及電化學(xué)性能研究
固體氧化物燃料電池(SOFC)使用H_2為燃料最為理想,然而較高的生產(chǎn)和儲運成本限制了其大規(guī)模的應(yīng)用;與之相比,碳?xì)淙剂蟽r格低廉,便于大規(guī)模推廣,但傳統(tǒng)的鎳基金屬陶瓷陽極在使用碳?xì)淙剂蠒r會產(chǎn)生嚴(yán)重積碳,導(dǎo)致電池性能衰減。為解決這一問題,本論文分別制備了低Ni含量Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)-SSZ復(fù)合材料陽極和全陶瓷La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)陽極并進行相關(guān)研究。首先,本論文采用自燃燒法合成了不同Ni含量的Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)粉體,研究表明當(dāng)Fe摻雜量x不超過0.5時,Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)還原產(chǎn)物仍能保持立方相Ni-Fe合金。分別以H2、CH_4和CO為燃料測定了不同Ni_(1-x)Fe_xO_(1+δ)-SSZ陽極SOFC單電池的性能,結(jié)果表明隨Fe摻雜量x的增加,電池放電性能出現(xiàn)下降,但以Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ為陽極的SOFC單電池使用CH_4和CO為燃料時能夠穩(wěn)定工作10 h。對陽極積碳的研究表明電池長期穩(wěn)定性與陽極積碳石墨化程度的變化有關(guān)。為進一步優(yōu)化電池性能,采用浸漬法制備了Ni_(0.75)Fe_(0.25)O_(1+δ)-SSZ-CeO_2復(fù)合陽極,確定CeO_2的最佳浸漬量為20 wt%,電池在800?C下最大放電功率分別可達235.46(CH_4)和323.71 mW?cm-2(CO)。其次,本論文采用高溫固相法制備了La_(0.6)Sr_(0.4)Cr_(1-x)Fe_xO_(3-δ)(LSCrFe)系列全陶瓷陽極材料,研究表明當(dāng)摻雜量x為0.2~0.4時,LSCrFe在高溫還原氣氛中穩(wěn)定性良好。當(dāng)摻雜量x=0.4時LSCrFe電導(dǎo)率最大,800℃下氫氣中達到1.49 S?cm-1;當(dāng)摻雜量x=0.4時極化電阻最小,為1.358Ω?cm2,以其為陽極制成SOFC單電池,采用氫氣為燃料時850℃下最大放電功率為122.65 mW?cm-2,而以CH_4和CO為燃料時性能較差。為進一步優(yōu)化陽極性能,采用機械混合法制備LSCrFe-SDC陽極,研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)復(fù)合陽極中SDC含量為30 wt%時極化電阻最小,為0.759Ω?cm2;電池以H2、CH_4和CO為燃料最大放電功率分別為151.24(850℃),90.93(950℃)和132.05 mW?cm-2(850℃);研究中還探索了浸漬法制備LSCr Fe-SDC浸漬復(fù)合陽極,確定SDC的最佳浸漬量為10 wt%,使用H2、CH_4和CO為燃料時SOFC的最大放電功率分別為251.35(850℃)、158.37(950℃)和223.33 mW?cm-2(850℃),并且陽極表面未發(fā)生明顯積碳現(xiàn)象。
鎵酸鑭基中溫固體氧化物燃料電池的制備及性能研究
本研究采用非水基流延法制備大面積鎵酸鑭(La_(0.9)Sr_(0.1)Ga_(0.8)Mg_(0.2)O_(3-δ)簡稱LSGM)電解質(zhì)支撐體,并對與之相匹配的新型高性能電極的材料制備、組織結(jié)構(gòu)和各方面性能特別是電化學(xué)性能進行詳細(xì)系統(tǒng)的研究,為大功率電池堆的組裝打下堅實的基礎(chǔ)。 對固相反應(yīng)法合成LSGM粉體的制備工藝進行優(yōu)化,確定了LSGM粉體的最佳煅燒制度為:900℃預(yù)燒24 h,1300℃煅燒36 h,得到粉體平均粒徑為3.04μm。隨后通過沉降試驗和粘度測試,確定了LSGM的流延漿料組成:粉料—LSGM 80 g,溶劑—丁酮/乙醇36 mL/24 mL,分散劑—三乙醇胺2 mL,粘結(jié)劑—聚乙烯縮丁醛6.4 g,塑性劑—聚乙二醇/鄰苯二甲酸二乙酯3.2 g/4 mL。用此漿料流延出的素坯經(jīng)過1500℃燒結(jié)6 h后,制備出宏觀平整均勻、大小為10 cm×10 cm的大面積LSGM電解質(zhì),相對密度和顯氣孔率分別可以達到96.0%和0.38%,與玻璃陶瓷密封膠BCAS551的熱膨脹匹配性良好,保證了工作溫度范圍內(nèi)電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。電化學(xué)阻抗譜分析表明LSGM電解質(zhì)低溫區(qū)電導(dǎo)率主要取決于晶界電導(dǎo),而在高溫區(qū)電導(dǎo)率主要取決于晶粒電導(dǎo)。低溫下由于缺陷締合的存在,電導(dǎo)率激活能較高為0.91 eV,隨著溫度升高到600℃解締合之后,在高溫下的激活能較低為0.62 eV。 利用NiO-La_(0.45)Ce_(0.55)O_(2-δ)(LDC)陽極/LDC阻擋層/LSGM電解質(zhì)這一陽極半電池中La3+離子的等活度策略,設(shè)計并驗證了LDC作為NiO-LDC新型陽極和LSGM電解質(zhì)之間的阻擋層,來抑制陽極與電解質(zhì)間的界面反應(yīng)。采用草酸共沉淀法制備出分布范圍較窄平均粒徑為1.36μm的LDC粉體。通過對漿料粘結(jié)劑、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)工藝的系統(tǒng)研究,采用絲網(wǎng)印刷法成功制備出一層厚約10μm、表面致密且與電解質(zhì)結(jié)合緊密的LDC阻擋層薄膜。該薄膜與電解質(zhì)和陽極間化學(xué)相容性和熱膨脹匹配性良好,并改善了陽極與電解質(zhì)之間的熱膨脹匹配性,抑制了陽極/電解質(zhì)界面固相反應(yīng)的發(fā)生,在還原氣氛下的混合離子電導(dǎo)促進了陽極/電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移過程。 采用共沉淀法合成了在分子級水平上混合均勻的NiO-LDC陽極復(fù)合粉體,制備了新型NiO-LDC復(fù)合陽極。發(fā)現(xiàn)NiO的含量決定了陽極的導(dǎo)電機制,當(dāng)NiO的含量25mass%時金屬Ni在陽極中形成連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的“逾滲相變”是造成導(dǎo)電機制發(fā)生變化的微觀機制,其中NiO含量為60mass%的陽極電導(dǎo)率高達2260 S?cm~(-1),催化性能較好,在極化電流密度接近200 mA?cm~(-2)時,過電位為0.1V。 通過對SrCo_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-δ)(SCF)粉體合成工藝、陰極燒結(jié)工藝、LDC與SCF和LSGM的熱膨脹匹配性和化學(xué)相容性的系統(tǒng)研究,制備了SCF-LDC復(fù)合陰極,研究表明LDC的加入可以有效改善陰極材料的熱膨脹性能,增大陰極的三相反應(yīng)界面,內(nèi)層中LDC含量為50mass%的SCF50雙層復(fù)合陰極的電化學(xué)性能最好,800℃時在0.1 V過電位的極化電流密度達到了1.102 A?cm₍(-2)),極化電阻為0.1480 ??cm2,優(yōu)于單層復(fù)合陰極中最佳的SCF60陰極。在此基礎(chǔ)上,提出并制備了SCF-LDC三層復(fù)合陰極,優(yōu)化結(jié)構(gòu)為SCF含量在三層陰極中由內(nèi)至外分別為50mass%、70mass %和10mass %。復(fù)合陰極中LDC的加入,不僅大大改善了陰極與電解質(zhì)間的結(jié)合和SCF陰極的熱膨脹性能,而且增加了三相界面和陰極的總的比表面積,使三層復(fù)合陰極在800℃過電位為0.1 V時,極化電流密度達到了1.32 A?cm~(-2)。通過電化學(xué)阻抗譜系統(tǒng)地研究了復(fù)合陰極的電化學(xué)性能,提出了SCF-LDC三層復(fù)合陰極的反應(yīng)機理:氧的擴散和解離吸附—氧原子在三相界面處發(fā)生電化學(xué)還原—氧離子由三相界面處向陰極與電解質(zhì)界面的傳輸,認(rèn)為氧的擴散和解離吸附過程成為速度控制步驟。 研究了電池各元件的熱膨脹匹配性,組裝了電池,并對SCF-LDC三層復(fù)合陰極組裝的電池進行了放電性能測試,在800℃時開路電壓為1.073 V,電池的最大功率密度為0.33 W?cm~(-2)。
固體氧化物電解池鐵酸鍶鑭基復(fù)合陽極的制備及性能研究

摘要：分別采用絲網(wǎng)印刷和浸漬法兩種工藝制備了固體氧化物電解池(SOEC)鐵酸鍶鑭(LSF)基復(fù)合陽極, 通過XRD、TEM、SEM等手段對LSF粉體和復(fù)合材料的相結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)進行了分析, 利用電位掃描以及電化學(xué)阻抗譜(EIS)比較了這些復(fù)合陽極在SOEC工作溫度800?C時的電化學(xué)性能. 結(jié)果表明, 采用共沉淀?共沸蒸餾(CP-AD)合成的LSF20(La0.8Sr0.2FeO3-δ)粉體粒徑約為20~30 nm, 其都分布在氧化鋯(YSZ)陶瓷骨架上; 800℃時, 浸漬法工藝制備的LSF20-YSZ復(fù)合陽極在0.1V極化過電位下的極化電流值為0.38~0.49A/cm2, 約為絲網(wǎng)印刷工藝制備的電化學(xué)性能的2~2.5倍.

SOEC復(fù)合陽極LSF粉體的制備及性能研究

摘要：本文采用溶膠-凝膠自蔓延法合成鍶摻雜的鐵酸鑭(LSF)粉體,在此基礎(chǔ)上制備了LSF與釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)的復(fù)合材料,并研究了該材料應(yīng)用于固體氧化物電解池(SOEC)陽極的各方面性能。通過XRD、TEM、SEM等手段研究了該材料的化學(xué)穩(wěn)定性及微觀結(jié)構(gòu)。通過動電位掃描研究了該陽極材料的電化學(xué)性能。TEM分析顯示以該方法制備得到的LSF20粉體粒徑在20～50nm之間,顆粒形狀較為規(guī)則。SEM結(jié)果顯示經(jīng)過1200℃,2h的燒結(jié)后,復(fù)合陽極與電解質(zhì)結(jié)合緊密,陽極材料內(nèi)部孔隙均勻,YSZ與LSF兩相各自形成連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對LSF-YSZ陽極復(fù)合材料的電化學(xué)性能及熱循環(huán)穩(wěn)定性進行了研究,結(jié)果顯示復(fù)合陽極表現(xiàn)出較高的電催化活性以及較好的耐熱循環(huán)穩(wěn)定性。

鈰鹽和鑭鹽對鋁合金陽極氧化膜性能的影響

摘要：通過對鋁合金在含有稀土鹽的硫酸電解液中進行陽極氧化所得到氧化膜性能的研究 ,發(fā)現(xiàn)加入硫酸鈰比無稀土鹽其厚度、硬度及耐蝕性均好 ,最佳含量為 0 .5 g/L ;硫酸鈰和硫酸鑭復(fù)合稀土鹽比單一硫酸鈰稀土鹽好。

原子層沉積氧化鈷、鑭鈷氧薄膜及在三維孔道中沉積工藝研究
黃彬
【摘要】：近年來,原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposition,ALD)由于其薄膜厚度納米級精確可控、大面積沉積均勻性以及良好的三維臺階覆蓋性能等特點,在各個工業(yè)及科研領(lǐng)域受到越來越廣泛的重視。納米催化材料是近年來科學(xué)研究的前沿和熱點,ALD作為一種薄膜沉積技術(shù),在三維基底材料上均勻沉積具有催化活性的薄膜是其重要應(yīng)用之一。利用ALD技術(shù)能夠有效解決催化材料在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)上沉積不均勻的問題;通過對ALD沉積循環(huán)次數(shù)的調(diào)控可以有效控制生長催化劑材料的尺寸。而對于此項技術(shù)應(yīng)用的研究關(guān)鍵有兩點:1.開發(fā)新型ALD催化劑薄膜,理解其生長機理,為薄膜的應(yīng)用提供指導(dǎo)。2.采用合適的模板材料襯底,評估ALD薄膜在多孔三維結(jié)構(gòu)中的沉積覆蓋性能。針對這兩個關(guān)鍵科學(xué)問題,本論文主要研究集中在開發(fā)兩類具有催化活性的納米薄膜:氧化鈷(Co Ox)以及二元金屬氧化物鑭鈷氧(La Co Ox)薄膜上。針對ALD催化薄膜的實際應(yīng)用通常需要在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)上進行沉積這一特點,我們以三種多孔材料(陽極氧化鋁,陽極氧化鈦,擴孔金)為模板,評估其在多孔高深寬比結(jié)構(gòu)中的沉積均勻性,研究催化活性薄膜的沉積性能。主要研究成果如下:1.系統(tǒng)研究了所用的三種模板材料:多孔氧化鋁(AAO),多孔氧化鈦(Ti O2 NTs)以及多孔金(NPG)模板的實驗室制備,并利用SEM,TEM等表征手段對模板材料的形貌結(jié)構(gòu)進行測試,對比了三類模板材料的結(jié)構(gòu)特點;并且在傳統(tǒng)AAO直孔模板之上開發(fā)了新型具有三維魚骨狀結(jié)構(gòu)的模板,為后續(xù)薄膜在三維模板材料中沉積效果的評估做好鋪墊。2.系統(tǒng)研究了利用Co(Cp)2和O3作為前驅(qū)體,ALD沉積超薄氧化鈷膜的成分、微觀結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)晶性以及三維納米結(jié)構(gòu)的包覆性能與沉積工藝參數(shù)之間的關(guān)系。在整個ALD溫度窗口(150°C-250°C)內(nèi),薄膜的生長速率為0.37?/cycle,最初生長的薄膜的成分為Co3O4與Co O的混合物,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,穩(wěn)定生長之后薄膜的組分轉(zhuǎn)變?yōu)镃o3O4。在低的沉積溫度下(150°C),沉積的薄膜表面形貌平整連續(xù);提高沉積溫度之后(250°C),生長的薄膜不連續(xù)且表面為較大的孤立島狀顆粒。隨后我們研究了ALD-Co Ox在納米多孔金三維多孔結(jié)構(gòu)中的包覆性能,結(jié)果表明150°C下薄膜的包覆性能優(yōu)異,包覆厚度均勻可控(0.4?/cycle),50 cycles之后包覆膜表面平整;而在250°C下經(jīng)過200 cycles沉積之后并未形成連續(xù)的包覆層,而是孤立的晶化顆粒。基于以上實驗結(jié)果,我們提出影響超薄Co Ox膜生長的關(guān)鍵因素為以下兩點:形核位點數(shù)目以及薄膜的晶化速度,并歸納出ALD-Co Ox的前期生長模型,最終采用基底改性實驗驗證該模型。我們的研究結(jié)果表明可以通過改變實驗條件而調(diào)控超薄氧化鈷膜的形貌、成分以及包覆性能,并且能為進一步更好地利用ALD-Co Ox膜提供指導(dǎo)。3.以前期積累的ALD氧化鈷的生長特點作為指導(dǎo),在150oC沉積溫度下在多孔氧化鈦(Ti O2 NTs)基底上均勻沉積了一層Co3O4材料,首次報道了該種ALD-Co3O4/Ti O2 NTs的光解水(PEC)性能;利用SEM,TEM,XRD,UV-vis,I-V,EIS,XPS等測試技術(shù)手段研究了復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)、電學(xué)以及光電化學(xué)等方面的性質(zhì)及復(fù)合材料的能帶結(jié)構(gòu);利用理論模型計算氧化鈷薄膜的最佳包覆厚度,并用實驗結(jié)果進行驗證。研究結(jié)果表明,相比于純相Ti O2,Co3O4/Ti O2復(fù)合材料間形成的p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)有助于光生載流子的分離,并且能提高可見光的吸收能力;利用ALD方法制備的復(fù)合材料比利用液相合成方法具有更好的PEC性能;4 nm的Co3O4薄膜包覆厚度使復(fù)合材料具有最優(yōu)異的可見光下光解水性能,此條件下的光電流密度達到了90.4μA/cm2,相比于液相制備的Co3O4/Ti O2 NTs和純相Ti O2 NTs分別提高了3倍和14倍。4.采用2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸鑭(La(thd)3)與臭氧(O3)作為前驅(qū)體制備了氧化鑭(La2O3)薄膜,詳細(xì)的研究了ALD反應(yīng)的各個工藝參數(shù)(包括前驅(qū)體脈沖時間,清洗時間,沉積溫度等)對薄膜生長的影響,利用AAO模板測試La2O3的沉積保形性,結(jié)果表明:制備的La2O3薄膜內(nèi)部幾乎不含雜質(zhì)元素,并且薄膜在深寬比高達500:1的結(jié)構(gòu)中沉積保形性很好;最后以氧化鑭、氧化鈷的ALD沉積工藝為基礎(chǔ),采用交替脈沖法制備二元鑭鈷氧薄膜,通過調(diào)控脈沖次數(shù)比來控制薄膜中La,Co元素含量比,研究了不同元素比下薄膜對應(yīng)的表面形貌,發(fā)現(xiàn)鑭鈷氧薄膜隨著Co元素含量的增加,薄膜表面粗糙度有所增加。
鈷酸鑭納米顆粒修飾的二氧化鈦納米管陣列的制備方法

摘要：鈷酸鑭納米顆粒修飾的二氧化鈦納米管陣列的制備方法，涉及二氧化鈦納米管陣列。將基底材料表面進行清潔預(yù)處理；配制HF的水溶液為電解液，基底材料為工作電極，進行電化學(xué)陽極氧化，在基底材料表面構(gòu)筑一層排列有序、尺寸可控的TiO₂納米管陣列膜，然后對膜層進行熱處理，得TiO₂納米管陣列膜；配制前驅(qū)體溶液，加入絡(luò)合劑，攪拌后得到溶液A；配制堿性溶液和碳酸溶液，混合后加到溶液A中，調(diào)節(jié)pH至8.5～11.5后，再轉(zhuǎn)移到布氏漏斗進行抽濾、洗滌，至母液為中性，得到的沉淀干燥后熱處理；將得到的粉末配制為懸濁液，再將TiO₂納米管陣列膜放入懸濁液中，超聲輔助浸漬后清洗、干燥，對復(fù)合膜進行熱處理，即得產(chǎn)物。

復(fù)合電極La-Ni-B的制備及電催化偏硼酸鈉的性能

摘要：為進一步提高對偏硼酸鈉電催化還原的效率,采用化學(xué)鍍的方法,以銅片為基體,Pd Cl2乙醇膠體溶液為活化劑,乙醇為化學(xué)鍍?nèi)軇?制備了稀土復(fù)合電極La-Ni-B。并采用XRD、SEM、EDS方法對催化劑進行表征分析,結(jié)果表明稀土合金以納米顆粒的形式附著在基體表面,所得合金膜是非晶態(tài)的。通過循環(huán)伏安法研究了復(fù)合電極LaNi-B用于電解偏硼酸鈉制備硼氫化鈉的可行性。以硼氫化鈉實際生產(chǎn)量為指標(biāo),探討了直流、脈沖兩種不同供電方式、脈沖電流頻率、電解時間對電解行為的影響。結(jié)果表明稀土鑭對電解偏硼酸鈉有催化作用,以20 m L鍍液制備的復(fù)合電極,在脈沖頻率陽極時間T1=1 s,陰極時間T2=1 s時,最佳電解時間為4 h。復(fù)合電極在重復(fù)使用3次的情況下,硼氫化鈉產(chǎn)量降低15%,催化劑的重復(fù)使用性能良好。
鎳酸鑭界面層對鋯鈦酸鉛膜-鈷鐵氧體陶瓷復(fù)合磁電材料性能的影響

摘要：以化學(xué)溶液沉積法制得的LaNiO3薄膜作為Pb(Zr0.52Ti0.48)O3膜-CoFe2O4陶瓷復(fù)合材料的導(dǎo)電界面層，利用其優(yōu)良的導(dǎo)電性保證磁電信號的有效輸出。LaNiO3界面層的引入，使得復(fù)合材料體系的鐵電性能、壓電性能得到有效表達，其層面內(nèi)磁電耦合系數(shù)達到58 mV/(cm?Oe)。繼續(xù)優(yōu)化制備工藝及界面層的參數(shù)，磁電耦合性能將進一步提高。
鎳酸鑭導(dǎo)電金屬氧化物薄膜材料的制備方法

摘要： (專利申請?zhí)?01112710.4 申請人:上海技物所) 人們發(fā)現(xiàn),用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物,如La0.5-Sr0.15CoO3, YBa2Cu3O7-δ以及SrRuO3等,來代替金屬作為鋯鈦酸鉛(PZT)鐵電薄膜器件的底電極,可以大大增強PZT鐵電薄膜器件的抗疲勞特性。最近又有一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的金屬氧化物鎳酸鑭(LaNiO3)引起了人們的
鎳酸鑭導(dǎo)電薄膜的熱處理制度與電性能研究

摘要：研究了鎳酸鑭(分子式LaNiO_3,簡稱LNO)導(dǎo)電薄膜的制備,及其與性能之間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明熱處理制度和熱處理過程中通氧是LNO薄膜獲得良好電性能的關(guān)鍵。實驗發(fā)現(xiàn)LNO薄膜在退火溫度550℃時就已經(jīng)晶化,并且隨著退火溫度的升高,薄膜電性能也隨之提高,但是當(dāng)溫度高于860℃后,LNO薄膜發(fā)生了結(jié)構(gòu)相變并伴有NiO的析出,因此導(dǎo)致了薄膜電阻率的升高。較短的預(yù)處理時間和較長的退火處理時間有助于薄膜晶粒的長大,從而提高薄膜的電性能。同時也討論了LNO薄膜電阻率和工作溫度的關(guān)系。

Sm0.5Sr0.5CoO3是一種較好的ITSOFC陰極材 料，負(fù)載于鎵酸鑭電解質(zhì)上的Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(SSC-LSGMC5)復(fù)合陰 極表現(xiàn)出高的活性與穩(wěn)定性。SSC-LSGMC5復(fù)合陰極制備方法的探索及氧還原機理的研究對于開發(fā)高性能陰極材料具有重要意義。本文采用濕化學(xué)法制備了 SSC-LSGMC5復(fù)合陰極，利用多種電化學(xué)技術(shù)對電極上的氧還原反應(yīng)動力學(xué)進行了研究。 首次用濕化學(xué)法制備了SSC-LSGMC5復(fù)合電極。SSC-LSGMC5復(fù)合陰極中的SSC及LSGMC5粉分別采用甘氨酸-硝酸鹽法和檸檬酸鹽法合 成。相對于固相合成法，濕化學(xué)法有效地降低了SSC及LSGMC5的成…
濕化學(xué)法制備Sm0．5Sr0．5CoO3-La0．8Sr0．2Ga0．8Mg0．15Co0．05O3復(fù)合陰極及其性能表征

摘要：用濕化學(xué)法制備了Sm0.5Sr0.5CoO3- La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)中溫固體氧化物燃料電池復(fù)合陰極,其中SSC用甘氨酸-硝酸鹽法合 成,LSGMC5用檸檬酸鹽法合成.XRD結(jié)果表明,甘氨酸-硝酸鹽法制備的SSC在焙燒溫度大于1223 K即表現(xiàn)為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu).隨焙燒溫度的升高,SSC粉末顆粒增大,導(dǎo)致相應(yīng)電極與電解質(zhì)的結(jié)合變差.復(fù)合電極的性能顯著依賴于SSC粉末的焙燒溫度, 其中含1223 K焙燒SSC粉末的電極表現(xiàn)出最小的歐姆電阻以及電極電阻.973 K、氧氣中、1 A?cm-2電流密度下該電極的極化過電位僅為0.077V,遠(yuǎn)小于固相法合成的電極.
鎳-鎵酸鑭復(fù)合陽極的研究

摘要：制備了多種鎳-鎵酸鑭 (LaGaO3)復(fù)合陽極,并以Ni-LaGaO3為復(fù)合陽極,系列Sr、Mg和Co摻雜的LaGaO3為電解 質(zhì),Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)-LaGaO3為復(fù)合陰極,組裝單電池。用極化、交流阻抗等技術(shù),對陽極電化學(xué)性能進行研究,測試了電池的功 率輸出特性。Ni-LaGaO3復(fù)合陽極的最佳焙燒溫度約為1 200℃,焙燒溫度顯著影響陽極/電解質(zhì)界面的歐姆電阻和極化電阻。Ni-LaGaO3復(fù)合陽極的性能,依賴于所負(fù)載電解質(zhì)及電極中摻入的LaGaO3的 性質(zhì)。隨著電解質(zhì)中Co含量的增加,電池的歐姆電阻減小、電極活性增加,單電池的最大輸出功率密度提高。Ni-La0.8Sr0.2Ga
鎵酸鑭基中溫-SOFC的新型陽極NiO-La0.3Ce0.7O2-δ研究

摘要：固體氧化物燃料電池(SOFC)具有高效、便捷、對環(huán)境友好和燃料適用性強等優(yōu)點,被譽為21世紀(jì)的綠色能源.傳統(tǒng)的SOFC采用YSZ作電解質(zhì),因其工作溫度較高,帶來一系列材料密封和結(jié)構(gòu)設(shè)計上的問題.
氧化物電解池陽極用鐵酸鑭粉體的制備及性能

摘要：采用溶膠-凝膠自蔓延法合成鍶摻雜鐵酸鑭粉體,在此基礎(chǔ)上制備鍶摻雜鐵酸鑭與釔穩(wěn)定的氧化鋯的復(fù)合材料,并研究該材料應(yīng)用于固體氧化物電解池陽極的各方面性能。通過X射線衍射、透射電鏡、掃描電鏡等手段,研究該材料的化學(xué)穩(wěn)定性及微觀結(jié)構(gòu)。通過動電位掃描研究了該陽極材料的電化學(xué)性能。透射電鏡分析顯示:以該方法制備得到的鍶摻雜鐵酸鑭粉體粒徑在20～50nm之間,顆粒形狀較為規(guī)則。掃描電鏡結(jié)果顯示:經(jīng)過1200℃、2h的燒結(jié)后,復(fù)合陽極與電解質(zhì)結(jié)合緊密,陽極材料內(nèi)部孔隙均勻,釔穩(wěn)定的氧化鋯與鍶摻雜鐵酸鑭兩相各自形成連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對鍶摻雜鐵酸鑭-釔穩(wěn)定的氧化鋯陽極復(fù)合材料的電化學(xué)性能及熱循環(huán)穩(wěn)定性進行了研究,結(jié)果顯示復(fù)合陽極表現(xiàn)出較高的電催化活性以及較好的耐熱循環(huán)穩(wěn)定性。
Sr、Mg與Fe復(fù)合摻雜鎵酸鑭基離子導(dǎo)體的制備與電性能研究

摘要：探討了采用固相反應(yīng)法合成堿土金屬 Sr、Mg 與過渡金屬 Fe 復(fù)合摻雜的鎵酸鑭基 ABO_3型氧化物 La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.75)Mg_(0.20)Fe_(0.05)O_(2.815)(LSGMF);利用熱分析儀、EDS、XRD、SEM、直流四端子法等對 LSGMF 復(fù)合氧化物的形成過程、微區(qū)成分、晶體結(jié)構(gòu)、顯微組織及導(dǎo)電性等進行研究。分析表明:樣品的燒結(jié)溫度不能低于1300℃;EDS 結(jié)果證實合成的 LSGMF 樣品中雜質(zhì)元素很少,純度較高;XRD 分析表明:經(jīng)1350℃燒結(jié)合成的 LSGMF 樣品中出現(xiàn)了 LaSrGa_3O_7和 LaSrGaO_4等雜相,而經(jīng)1400℃燒結(jié)則獲得了單一正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu);電性能測試結(jié)果表明:在400-850℃溫度區(qū)間,其電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系符合 Arrhenius 定律,說明合成的復(fù)合氧化物L(fēng)SGMF 為氧離子導(dǎo)體,且離子遷移活化能0.6656eV(<leV);Sr、Mg 和 Fe 復(fù)合摻雜氧化物 LSGMF 與僅 Sr、Mg 雙摻雜氧化物L(fēng)SGM 相比具有更高的離子電導(dǎo)率,說明少量過渡金屬 Fe 的摻雜,可提高離子電導(dǎo)率。
La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)電解質(zhì)薄膜及其陽極功能層制備
固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFCs)是一種能夠轉(zhuǎn)換能量的裝置。SOFCs將燃料氣體和空氣在電解質(zhì)處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),于是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軓亩鴮崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。SOFCs不但是清潔的能源,而且還是一種極其高效的能源。由于傳統(tǒng)的SOFCs在高溫下運行,這嚴(yán)重限制了SOFCs的發(fā)展,因此中低溫SOFCs成為了現(xiàn)階段研究的熱點。中低溫SOFCs降低了運行時的溫度,使SOFCs的性能更穩(wěn)定、使用壽命更長久、材料之間的相容性更佳、生產(chǎn)成本更低。與此同時,中低溫的SOFCs還可以加速啟動速度、降低啟動時間、擁有著寬廣的使用空間進而推動SOFCs的商業(yè)化發(fā)展。因此,尋找中低溫下具有高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)材料以及電解質(zhì)的薄膜化成為了研究的關(guān)鍵。我們選擇了在中低溫下具有較高離子電導(dǎo)率的新型電解質(zhì)材料磷灰石型硅酸鑭La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)作為制備電解質(zhì)薄膜的材料。這種材料的分子式中SiO_2與La_2O_3的比例為9:7;在中低溫下?lián)碛兄鄬^低的活化能以及相對較高的氧負(fù)離子的電導(dǎo)率;在氧分壓很寬的條件下,它是優(yōu)良的純氧負(fù)離子導(dǎo)體;與此同時,它還有著化學(xué)穩(wěn)定性高,熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)勢,是一種非常有潛力的中溫SOFCs電解質(zhì)材料。為了在多孔陽極上得到均勻致密的電解質(zhì)薄膜,本研究采用絲網(wǎng)印刷的方法,在鎳/磷灰石型硅酸鑭多孔復(fù)合陽極上制備一層Ni/La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)陽極功能層。將NiO/La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)粉料與松油醇以質(zhì)量比為6:4的比例混合并加入不同量的乙基纖維素作為粘結(jié)劑,從而得到功能層漿料。用刮板將漿料印刷在陽極片基片上,在70℃下烘干半小時,之后在1050°C下燒結(jié)2 h。在600°C恒溫下的氫氣氛圍中還原功能層樣品,最終制備出Ni/La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)陽極功能層。采用XRD和SEM對陽極功能層進行了物相、表面微觀形貌以及功能層厚度表征。采用圖像分析法測定了樣品的孔隙率,使用萬用表測量室溫下陽極功能層的電阻。實驗結(jié)果表明:用含14 wt%乙基纖維素的漿料印刷出的陽極功能層樣品表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋,其平均氣孔尺寸在1μm以下。當(dāng)乙基纖維素含量很小或者很大的時候功能層氣孔尺寸變大并出現(xiàn)裂紋。樣品還原后,電阻在2.0Ω~2.2Ω范圍內(nèi)。綜合考慮陽極功能層的物相、表面微觀形貌、電阻,以加入14wt%乙基纖維素作為粘結(jié)劑制得的功能層最好。本研究論文通過采用磁控濺射的方法來制備磷灰石型硅酸鑭La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)電解質(zhì)薄膜;詳細(xì)探討了磁控濺射法制備電解質(zhì)薄膜的影響因素;分別采用EPMA、SEM和XRD等方法對電解質(zhì)薄膜進行表征,最終得到射頻磁控濺射法沉積La_(10)Si_(5.8)Mg_(0.2)O_(26.8)電解質(zhì)薄膜的最佳參數(shù)為:工作氣壓:0.7 Pa、電源功率:80 W、基片溫度:室溫、退火溫度:1100°C、退火時間:6 h。
含稀土介質(zhì)中鋁合金陽極氧化研究

摘要：通過對鋁合金在含有稀土鹽的硫酸電解液中進行陽極氧化所得到氧化膜性能的研究,發(fā)現(xiàn)加入硫酸鈰比無稀土鹽的厚度、硬度及耐蝕性均好,最佳含量為0.5%;硫酸鈰和硫酸鑭復(fù)合稀土鹽比單一硫酸鈰稀土鹽好;研究同時發(fā)現(xiàn):氧化膜中沒有發(fā)現(xiàn)稀土元素的存在,其只起催化作用.
基于錳鐵摻雜的鉻酸鍶鑭的燃料電池陽極復(fù)合材料研究
摘要： 固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種全固態(tài)的發(fā)電裝置，它具有高效率，低污染的優(yōu)點，基于這些優(yōu)點，對SOFC的研究達到了空前的熱度。傳統(tǒng)的SOFC以氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）為電解質(zhì)、使用氫氣（H2）作為燃料，其陽極通常使用Ni/YSZ金屬陶瓷材料，在H2條件下它表現(xiàn)出卓越的性能。但是，H2主要是通過電解水或裂解石油制備，造成SOFC燃料成本偏高，為了降低運行成本、推進SOFC的實用化，需要直接使用含碳燃料，但以Ni/YSZ為陽極的SOFC在對含碳燃料的測試中卻出現(xiàn)了明顯的性能衰退。這就迫使我們?nèi)ふ乙环N全新的陽極材料。鈣鈦礦氧化物憑借自己在氧化和還原氣氛下突出的穩(wěn)定性優(yōu)勢，作為SOFC陽極材料引起了廣泛的關(guān)注。
　　研究發(fā)現(xiàn)，用堿土和過渡族元素分別對LaCrO3的La位和Cr位進行摻雜能夠有效地改善材料的電催化性能，使這種原本用于SOFC連接體的材料被成功改造為具有抗御碳沉積能力的陽極材料。其中，摻雜較為成功的材料是LaxSr1-xCryMn1-yO3-δ（LSCrM）和LaxSr1-xCryFe1-yO3-δ（LSCrFe），它們在還原氣氛中表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性，但這兩種材料的電導(dǎo)率都不夠高、電催化能力也非常有限。本文的研究重點就是將具有高離子導(dǎo)電性的SDC，高電子導(dǎo)電性并具有陽極催化能力的Ni，Cu，Ag等摻入到LSCrM和LSCrFe中，形成復(fù)合陽極材料，以提升和改善其陽極的性能。以純LSCrM為陽極，YSZ為電解質(zhì)，（La，Sr）MnO3（LSM）為陰極的SOFC在H2條件下850oC的輸出功率密度為230mW/cm2。在同樣的測試條件下，以浸漬SDC的LSCrM為陽極的SOFC輸出性能達到了400mW/cm2，如果將具有高催化性能的Ni和高離子電導(dǎo)率的SDC同時浸漬到LSCrM電極材料中，電池的性能達到1100mW/cm2，這是迄今為止有關(guān)LSCrM報道的最高值。在對含碳燃料CH4的測試中電池的輸出性能提高的更為明顯，由Ni和SDC浸漬的LSCrM陽極使SOFC的輸出功率密度達到645mW/cm2。與LSCrM一樣，LSCrFe電極的摻雜也同樣取得了顯著的成效，以Ni和SDC浸漬LSCrFe為陽極的SOFC在H2和CH4條件下的輸出功率密度分別達到了783和214mW/cm2（850oC）。
　　本文還對傳統(tǒng)的機械混合和新的溶液浸漬復(fù)合陽極制備方法做了相應(yīng)的對比，證明浸漬方法更為有效。在對浸漬Ni的鈣鈦礦電極進行6h的連續(xù)運行測試過程中性能衰退并不明顯，并且在最終的電鏡照片中也沒有發(fā)現(xiàn)碳沉積。這表明，微量Ni催化劑的存在并不會引起明顯碳沉積，因此只要有效控制Ni在電極中的含量，可以在不引起碳沉積的情況下極大的提升電極的催化性能。為了確保浸漬的納米顆粒能夠在電極內(nèi)部分布得更加均勻，我們采取了真空浸漬的手段，并對常壓浸漬和真空浸漬結(jié)果進行了對比。為了考察復(fù)合陽極中Ni的含量對其性能的影響，我們采用不同濃度的Ni(NO3)2溶液對電極進行浸漬處理，最終的測試結(jié)果表明電極的催化性能隨Ni含量的增加而不斷改善。
上述研究結(jié)果表明，在LSCrM和LSCrFe基礎(chǔ)上制備的SOFC復(fù)合陽極材料具有很好的發(fā)展前景。

下面介紹陰極電解池中的電解液配制方法。
先制作1#水樣, 將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g ,5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是1#溶液。然后將100ml1#溶液加入到10g錳酸鑭, 10g鎳酸鑭，10g鈦酸鈣，10g高錳酸鈣鑭, 10g高純錳酸鑭 , 10g錳酸鍶鑭 , 10g錳酸鈣 , 10g錳酸鈣鑭 , 10g鈷酸鑭, 10g鈷酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓1#溶液完全溶解到錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭, 高純錳酸鑭 , 錳酸鍶鑭 , 錳酸鈣 , 錳酸鈣鑭 , 鈷酸鑭, 鈷酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作2#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是2#溶液。然后將100ml2#溶液加入到10g錳酸鑭, 10g鎳酸鑭，10g鈦酸鈣，10g高錳酸鈣鑭, 10g高純錳酸鑭 , 10g錳酸鍶鑭 , 10g錳酸鈣 , 10g錳酸鈣鑭 , 10g鈷酸鑭, 10g鈷酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓2#溶液完全溶解到錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭, 高純錳酸鑭 , 錳酸鍶鑭 , 錳酸鈣 , 錳酸鈣鑭 , 鈷酸鑭, 鈷酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作3#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，月桂醇硫酸鈉10g,二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是3#溶液。然后將100ml3#溶液加入到10g錳酸鑭, 10g鎳酸鑭，10g鈦酸鈣，10g高錳酸鈣鑭, 10g高純錳酸鑭 , 10g錳酸鍶鑭 , 10g錳酸鈣 , 10g錳酸鈣鑭 , 10g鈷酸鑭, 10g鈷酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓3#溶液完全溶解到錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭, 高純錳酸鑭 , 錳酸鍶鑭 , 錳酸鈣 , 錳酸鈣鑭 , 鈷酸鑭, 鈷酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作4#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g，油酸鉀皂10g,二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是4#溶液。然后將100ml4#溶液加入到10g錳酸鑭, 10g鎳酸鑭，10g鈦酸鈣，10g高錳酸鈣鑭, 10g高純錳酸鑭 , 10g錳酸鍶鑭 , 10g錳酸鈣 , 10g錳酸鈣鑭 , 10g鈷酸鑭, 10g鈷酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓4#溶液完全溶解到錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭, 高純錳酸鑭 , 錳酸鍶鑭 , 錳酸鈣 , 錳酸鈣鑭 , 鈷酸鑭, 鈷酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作5#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g，甘油10g，硅烷偶聯(lián)劑KH560試劑5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是5#溶液。然后將100ml5#溶液加入到10g錳酸鑭, 10g鎳酸鑭，10g鈦酸鈣，10g高錳酸鈣鑭, 10g高純錳酸鑭 , 10g錳酸鍶鑭 , 10g錳酸鈣 , 10g錳酸鈣鑭 , 10g鈷酸鑭, 10g鈷酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓5#溶液完全溶解到錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭, 高純錳酸鑭 , 錳酸鍶鑭 , 錳酸鈣 , 錳酸鈣鑭 , 鈷酸鑭, 鈷酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

下面介紹陽極電解池中的電解液配制方法。
先制作1#水樣, 將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g ,5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是1#溶液。然后將100ml1#溶液加入到10g鐵酸鑭，10g鎳酸鑭，10g鎵酸鑭，10鉻酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓1#溶液完全溶解到鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作2#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是2#溶液。然后將100ml2#溶液加入到10g鐵酸鑭，10g鎳酸鑭，10g鎵酸鑭，10鉻酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓2#溶液完全溶解到鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作3#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g， K12（十二烷基硫酸鈉）5g，月桂醇硫酸鈉10g,二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是3#溶液。然后將100ml3#溶液加入到10g鐵酸鑭，10g鎳酸鑭，10g鎵酸鑭，10鉻酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓3#溶液完全溶解到鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作4#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g，油酸鉀皂10g,二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是4#溶液。然后將100ml4#溶液加入到10g鐵酸鑭，10g鎳酸鑭，10g鎵酸鑭，10鉻酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓4#溶液完全溶解到鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。

先制作5#水樣,將碳酸鋰100g，碳酸鉀100g，磷酸鋰100g，磷酸鉀100g，磷酸鈉100g,硫酸鐵10g，硝酸鐵10g，三氧化二鐵10g，雙氧水10ml，乙醇10ml，礬黃10g，吐溫20試劑10g，甘油10g，硅烷偶聯(lián)劑KH560試劑5g，二甲苯5g，2-甲基萘5g， 30g蔗糖，50ml的N-甲基吡咯烷酮，50ml的三乙醇胺，50ml司盤80, 50ml丙二醇,50g石墨烯，50g活性炭，50g導(dǎo)電碳納米管, 50ml的甘油，50ml的烯丙基縮水甘油醚，50ml的鄰苯二甲酸二丁酯,雙葵鉀二甲基氯化銨5g,辛基葵基氯化銨5g(Gemini季銨鹽), 50g聚季銨鹽-7, 50g N-十八烷基雙季銨鹽, 50g單烷基雙氮季銨鹽，亞甲基雙甲基萘磺酸鈉5g,二丙二醇二甲醚5g,10g黃色多肽尿素,四氧化三鐵10g, 5g烏拉坦，5ml黑色色素，5ml2-氨基-1-丁醇等試劑和蒸餾水200ml,放入500ml容量瓶振蕩混合，靜止24小時，取出上層液體，到掉底層沉淀，這種溶液就是5#溶液。然后將100ml5#溶液加入到10g鐵酸鑭，10g鎳酸鑭，10g鎵酸鑭，10鉻酸鍶鑭中，不斷攪拌，讓5#溶液完全溶解到鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭中，這樣的水溶液就是燃料電池的陰極電解液。把這種電解質(zhì)加入到燃料電池中就可以提高燃料電池的容量。
注意：做試驗時，一定要佩帶橡膠手套，防止有害試劑KH560，2-甲基奈，2-氨基-1-丁醇，雙葵鉀二甲基氯化銨,辛基葵基氯化銨(Gemini季銨鹽),亞甲基雙甲基萘磺酸鈉,二丙二醇二甲醚從皮膚中滲透到血液中，損害身體。
反映機理，水樣中的K12,油酸鉀，KH560，丙二醇，Gemini季銨鹽和各類鐵鹽，都是鐵離子，碳離子，鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭，錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭,高純錳酸鑭 ,錳酸鍶鑭 ,錳酸鈣 ,錳酸鈣鑭 ,鈷酸鑭,鈷酸鍶鑭在水中溶解的助溶劑，它們增加了鐵離子，碳離子，鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭，錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭,高純錳酸鑭 ,錳酸鍶鑭 ,錳酸鈣 ,錳酸鈣鑭 ,鈷酸鑭,鈷酸鍶鑭在水中的溶解度，當(dāng)鐵離子在水中溶解度增加了以后就會使天然氣中的甲烷，乙烷，一氧化碳和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。當(dāng)碳離子在水中溶解度增加了以后就會使燃料電池中的不銹鋼板更好的導(dǎo)電。當(dāng)鐵酸鑭，鎳酸鑭，鎵酸鑭，鉻酸鍶鑭，錳酸鑭,鎳酸鑭，鈦酸鈣，高錳酸鈣鑭,高純錳酸鑭 ,錳酸鍶鑭 ,錳酸鈣 ,錳酸鈣鑭 ,鈷酸鑭,鈷酸鍶鑭在水中溶解度增加了以后就會使燃料電池中的氫氣和氧氣發(fā)生更快的反應(yīng)，產(chǎn)生更多的電能。
2-甲基萘，二丙二醇二甲醚2-氨基-1-丁醇都是分散劑，它們幫助鐵離子分散到水分子中，增加了鐵離子的溶解度。
蔗糖， N甲基吡咯烷酮，黑色色素，尿素都是易溶于水的物質(zhì)，它們具有乳化作用，這就使水更易溶解于油漆當(dāng)中。
注意：做試驗時，一定要佩帶橡膠手套，防止有害試劑KH560，2-甲基奈，N甲基吡咯烷酮。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用天然气做燃料极空气做氧化极的燃料电池的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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