梯度Cu-CeO2-Ni-YSZ复合阳极直接甲烷SOFC的制备与性能

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10h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.