基本信息
- 项目名称：
- 模压法优化组装中温固体氧化物燃料单电池
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 模压法优化组装ITSOFC单电池，通过调整电解质、阳极和阴极材料各部分的用量以提高ITSOFC的性能，确定ITSOFC各部分的最佳用量及制备过程中的各种技术参数。具有，制备工艺简单、成本低，反应过程容易控制，制备过程中没有腐蚀性的问题，制备的电池也不易出现裂纹，容易形成规模化大生产等优点。
- 详细介绍：
- 研究证明钙钛矿型Co基材料为混合导体材料，不但具有高的电子、离子电导率，还具有较高的中温催化活性，在ITSOFC的研究中受到广泛关注。但La1-xSrxCoO3在SOFC阴极氧化环境中稳定性不如传统的阴极材料La1-xSrxMnO3，同时La1-xSrxCoO3热膨胀系数也比La1-xSrxMnO3大。 为了解决La1-xSrxMnO3材料存在的问题，人们开始研究用Fe等过渡金属掺杂取代Co的位置，即开发Ln1-xSrxFel-yCoyO3-δ(Ln=La，Pr，Nd，Sm和Gd)系掺杂阴极材料。但Ln1-xSrxFel-yCoyO3-δ系掺杂阴极材料仍不能满足与中温电解质相匹配的热膨胀系数的要求。 所以，本项目通过在Ln1-xSrxFel-yCoyO3-z系掺杂阴极材料中引入A位掺杂Ca以降低阴极材料的热膨胀系数，开发了La0.7Sr0.3-xCaxCo1-yFeyO3-δ系掺杂阴极材料。 通过在掺杂氧化铈电解质中引入无机盐，形成掺杂氧化铈-无机盐复合电解质（CSC），不仅抑制了电解质的电子电导，还能形成氧离子-质子共同传导，提高电解质的离子电导率及电池在中低温度下的性能。 由于模压法制备工艺简单，制备过程容易控制，可以实现工业化和商业化应用，同时，采用新型中温阴极材料及在掺杂氧化铈电解质中引入无机盐，更加提高了SOFC在中低温条件下的性能，更加利于SOFC大规模的工业化生产。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的和基本思路： 制备出中温固体氧化物燃料电池（ITSOFC）阳极和阴极材料后，模压法优化组装ITSOFC单电池，通过调整电解质、阳极和阴极材料各部分的用量以提高ITSOFC的性能，确定ITSOFC各部分的最佳用量及制备过程中的各种技术参数。 创新点： 对电解质、阳极和阴极材料采用工艺简单的模压法来优化组装ITSOFC单电池，对电池性能进行深入研究，并确定组成ITSOFC电解质、阳极和阴极各部分的最佳用量，为工业化应用奠定基础。 技术关键： 采用柠檬酸盐法制备ITSOFC电极材料，主要控制柠檬酸的用量（摩尔数为金属离子含量的1.5倍），溶液pH≤4，在70～80℃温度条件下蒸干水分，形成溶胶，凝胶在恒温箱中于100～120℃干燥制得前驱体。准确控制各组分的用量以及确定合理热处理工艺制度。 主要技术指标： 阴极材料的粒径控制在小于300纳米范围内，在500-700℃范围内，使阴极材料的电导率达到300S/cm以上； Sm0.2Ce0.8O1.9粒径控制在小于300纳米范围内； ITSOFC单电池在500-800℃时最大输出功率达到800mW/cm2以上。
科学性、先进性
- 制备燃料电池的传统方法或多或少的都有难以形成规模化大生产，化学气相沉积，反应温度较高，沉积速率低，有腐蚀性气体放出，反应的盐具有腐蚀性，通常必须进行热处理，电极厚度均匀性不太好，电极易出现裂纹等缺陷。本项目通过在Ln1-xSrxFel-yCoyO3-z系掺杂阴极材料中引入A位掺杂Ca以降低阴极材料的热膨胀系数，开发了La0.7Sr0.3-xCaxCo1-yFeyO3-δ系掺杂阴极材料。 通过在掺杂氧化铈电解质中引入无机盐，形成掺杂氧化铈-无机盐复合电解质（CSC），不仅抑制了电解质的电子电导，还能形成氧离子-质子共同传导，提高电解质的离子电导率及电池在中低温度下的性能。具有制备工艺简单、成本低，反应过程容易控制，制备过程中没有腐蚀性的问题，制备的电池也不易出现裂纹，容易形成规模化大生产等优点。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 作品在实验室已经完成，各种关键技术也都已经完成，并且通过了相关性能测试，达到技术参数和性能要求。
技术转让方式
- 以生产外包的形式进行技术转让。
作品可展示的形式
- 产品实物。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 固体氧化物燃料电池是21世纪最有潜力的绿色发电系统之一，是一种不经过燃烧直接将反应物的化学能转变为电能的高效发电装置，不存在卡诺循环，因此不受热机效率、发电厂规模的限制。其反应产物主要为水和CO2，向大气中排放的有害物质很少。由于组件全部由固体材料构成，不存在电解质损耗维修和电极腐蚀等问题，更为稳定和可靠，能量转换效率高。 固体氧化物燃料电池可以用来发电，一次电转化效率为50%~60%。固体氧化物燃料电池本身是一个放热的反应装置，可以与汽轮机联动，这样电转化效率可达70%~80%。固体氧化物燃料电池还可以作为交通工具的动力源。作为一种环保的能源利用方式，固体氧化物燃料电池系统在21世纪有广阔的应用前景。
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