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Engineering nanoporous and solid core-shell architectures of lowplatinum alloy catalysts for high power density PEM fuel cells 被引量:5
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作者 Yongqiang Kang Jiaqi Wang +3 位作者 Yinping Wei Yongle Wu Dongsheng Xia Lin Gan 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2022年第7期6148-6155,共8页
Low-platinum(Pt)alloy catalysts hold promising application in oxygen reduction reaction(ORR)electrocatalysis of protonexchange-membrane fuel cells(PEMFCs).Although significant progress has been made to boost the kinet... Low-platinum(Pt)alloy catalysts hold promising application in oxygen reduction reaction(ORR)electrocatalysis of protonexchange-membrane fuel cells(PEMFCs).Although significant progress has been made to boost the kinetic ORR mass activity at low current densities in liquid half-cells,little attention was paid to the performance of Pt-based catalysts in realistic PEMFCs particularly at high current densities for high power density,which remains poorly understood.In this paper,we show that,regardless of the kinetic mass activity at the low current density region,the high current density performance of the low-Pt alloy catalysts is dominantly controlled by the total Pt surface area,particularly in low-Pt-loading H_(2)–air PEMFCs.To this end,we propose two different strategies to boost the specific Pt surface area,the post-15-nm dealloyed nanoporous architecture and the sub-5-nm solid core–shell nanoparticles(NPs)through fluidic-bed synthesis,both of which bring in comparably high mass activity and high Pt surface area for large-current-density performance.At medium current density,the dealloyed porous NPs provide substantially higher H_(2)–air PEMFC performance compared to solid core–shell catalysts,despite their similar mass activity in liquid half-cells.Scanning transmission electron microscopy images combined with electron energy loss spectroscopic imaging evidence a previously unreported“semi-immersed nanoporous-Pt/ionomer”structure in contrast to a“fully-immersed core–shellPt/ionomer”structure,thus favoring O_(2) transport and improving the fuel cell performance.Our results provide new insights into the role of Pt nanostructures in concurrently optimizing the mass activity,Pt surface area and Pt/Nafion interface for high power density fuel cells. 展开更多
关键词 low-platinum alloy catalyst NANOPOROSITY proton-exchange-membrane fuel cells power density triple-phase boundary
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阳极组分对热喷涂制备SOFC输出特性的影响 被引量:3
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作者 李成新 邢亚哲 +1 位作者 杨冠军 李长久 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1411-1415,共5页
针对传统管状与板块结构SOFC的特点,提出了集两种结构设计的优点为一体的金属陶瓷支撑管状结构SOFC,并采用低成本的火焰喷涂与等离子喷涂制备电池各结构层。采用3种不同成分与结构的阳极探讨了阳极结构对电池输出特性的影响,结果表明,... 针对传统管状与板块结构SOFC的特点,提出了集两种结构设计的优点为一体的金属陶瓷支撑管状结构SOFC,并采用低成本的火焰喷涂与等离子喷涂制备电池各结构层。采用3种不同成分与结构的阳极探讨了阳极结构对电池输出特性的影响,结果表明,阳极结构对电池运行时的极化产生显著影响,采用小颗粒的NiO与YSZ的复合粉末制备的阳极,可以有效增加阳极的三相界面,从而降低阳极极化,显著提高电池的输出功率密度,1 000℃时可达到最大值0.57 W/cm2。这些结果为优化电池阳极结构层的设计与制备提供了依据。 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 阳极 热喷涂 三相界面
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静电纺丝制备质子交换膜燃料电池催化剂层综述 被引量:2
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作者 刘勇 丁涵 +2 位作者 司德春 彭杰 张剑波 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期639-654,共16页
质子交换膜燃料电池催化剂层在成本、耐久性以及性能上的局限是制约燃料电池汽车商业化的瓶颈.已有文献证明静电纺丝技术制备的纳米纤维催化剂层能提高催化剂利用率、增加三相界面和三相通道以及提高耐久性.作者结合所在课题组的工作综... 质子交换膜燃料电池催化剂层在成本、耐久性以及性能上的局限是制约燃料电池汽车商业化的瓶颈.已有文献证明静电纺丝技术制备的纳米纤维催化剂层能提高催化剂利用率、增加三相界面和三相通道以及提高耐久性.作者结合所在课题组的工作综述了静电纺丝技术制备质子交换膜燃料电池催化剂层的研究进展.首先,介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展历程,并从制备方式和结构两个方面对其进行分类和总结;接下来,从静电纺丝纳米纤维催化剂层的制备、物理特性表征、电化学性能分析及耐久性表征等方面进行了总结;最后,从三相界面、三相通道以及量产适用性的视点比较了三种结构的催化剂层,介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展趋势,并梳理了静电纺丝法制备质子交换膜燃料电池催化剂层领域待研的问题. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 催化剂层 静电纺丝 三相界面 三相通道
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Three dimensional microstructures of carbon deposition on Ni-YSZ anodes under polarization
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作者 Dongxu Cui Anna Sciazko +5 位作者 Yosuke Komatsu Akiko Nakamura Toru Hara Shiliang Wu Rui Xiao Naoki Shikazono 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CSCD 2023年第12期359-367,I0010,共10页
In the present study,two Ni/YSZ anodes with different volume ratios of Ni and YSZ,30:70 and 45:55 vol%,are operated in dry methane under open circuit and polarized conditions.Three-dimensional(3D)Ni/YSZ microstructure... In the present study,two Ni/YSZ anodes with different volume ratios of Ni and YSZ,30:70 and 45:55 vol%,are operated in dry methane under open circuit and polarized conditions.Three-dimensional(3D)Ni/YSZ microstructures after carbon deposition are reconstructed by the focused ion beam-scanning electron microscopy(FIB-SEM)with the help of machine learning segmentation.From the reconstructed mircostructures,volume fraction,connectivity,three phase boundary(TPB)density,and tortuosity are quantified.In addition,local carbon microstructures are quantitatively reconstructed,and the effect of polarization on carbon morphology is investigated.It is demonstrated that Ni surface in the vicinity of active TPB near the electrolyte is free from carbon formation,while remaining Ni surface at some distances from TPB exhibits severe carbon deposition.In average,total amount of carbon deposition is larger near the electrolyte.These observations imply complex interplay between the electrochemical steam generation and methane cracking on Ni surface which take place very locally near the active TPB. 展开更多
关键词 Solid oxide fuel cell ANODE Carbon deposition triple-phase boundary 3D reconstruction
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第一性原理研究由金属镍和钇稳定的氧化锆所形成的三相边界微观结构(英文)
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作者 付召明 王明阳 +2 位作者 张岩星 张娜 杨宗献 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1055-1060,共6页
基于第一性原理计算并结合经典的蒙特卡罗方法对镍团簇在钇稳定的氧化锆(YSZ)表面的各种稳定吸附构型进行了结构搜索,并得到了不同于以往文献中报道的更稳定的三相边界构型.在此基础上,对氧迁移时所伴随的电荷转移进行了深入的探讨.这里... 基于第一性原理计算并结合经典的蒙特卡罗方法对镍团簇在钇稳定的氧化锆(YSZ)表面的各种稳定吸附构型进行了结构搜索,并得到了不同于以往文献中报道的更稳定的三相边界构型.在此基础上,对氧迁移时所伴随的电荷转移进行了深入的探讨.这里,从YSZ到Ni上的电子转移是描述固体氧化物燃料电池阳极电化学反应的关键,因此,我们进一步分析了影响电荷转移量的可能因素.所得研究结果暗示着在SOFC阳极可能存在着新的电化学反应机制. 展开更多
关键词 固体氧化物燃料电池 第一性原理 吸附 三相边界 结构搜索
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Fabrication and performance of La(0.8)Sr(0.2)MnO3/YSZ graded composite cathodes for SOFC 被引量:3
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作者 SUN Kening PIAO Jinhua +3 位作者 ZHANG Naiqing CHEN Xinbing XU Shen ZHOU Derui 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第3期278-281,共4页
The performance of multi-layer (1 -x)La0.8Sr0.2MnO3/xYSZ graded composite cathodes was studied as electrode materials for intermediate solid oxide fuel cells (SOFC). The thermal expansion coefficient, electrical c... The performance of multi-layer (1 -x)La0.8Sr0.2MnO3/xYSZ graded composite cathodes was studied as electrode materials for intermediate solid oxide fuel cells (SOFC). The thermal expansion coefficient, electrical conductivity, and electrochemical performance of multi-layer composite cathodes were investigated. The thermal expansion coefficient and electrical conductivity decreased with the increase in YSZ content. The (1 -x)Lao.sSr0.EMnO3/xYSZ composite cathode greatly increased the length of the active triple phase boundary line (TPBL) among electrode, electrolyte, and gas phase, leading to a decrease in polarization resistance and an increase in polarization current density. The polarization current density of the triple-layer graded composite cathode (0.77 A/cm2) was the highest and that of the monolayer cathode (0.13 A/cm2) was the lowest. The polarization resistance (Rp) of the triple-layer graded composite cathode was only 0.182 Ω·cm2 and that of the monolayer composite cathode was 0.323 Ω·cm2. The power density of the triple-layer graded composite cathode was the highest and that of the monolayer composite cathode was the lowest. The triple-layer graded composite cathode had superior performance. 展开更多
关键词 MANGANITE composite cathode impedance spectrum triple phase boundary
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基于阴离子交换膜电解水的离聚物研究进展
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作者 赵涔凯 邹杰鑫 +8 位作者 王旻 李思明 赵微 张时林 滕珏瑾 王艳皎 吴明铂 胡涵 李亚伟 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期24-34,共11页
在能源日益匮乏的今天,氢能作为一种可再生、绿色环保的新型能源成为全球节能降碳的重要载体。传统的碱水电解(Alkaline water electrolysis,AWE)制氢要求较高pH的碱液作为电解液,而且只能在低电流密度下工作;质子交换膜电解水(Proton e... 在能源日益匮乏的今天,氢能作为一种可再生、绿色环保的新型能源成为全球节能降碳的重要载体。传统的碱水电解(Alkaline water electrolysis,AWE)制氢要求较高pH的碱液作为电解液,而且只能在低电流密度下工作;质子交换膜电解水(Proton exchange membrane water electrolysis,PEMWE)制氢技术具有电流密度大、效率高的特点,被人们视为最有前景的电解水制氢技术,但是其昂贵的催化剂以及所需的高耐酸性部件成为制约PEMWE发展的重要因素。阴离子交换膜电解水(Anion exchange membrane water electrolysis,AEMWE)作为一种新兴的技术,可以实现低成本“绿氢”制备。相较于AWE,AEMWE避免了高浓度碱液的循环;相较于PEMWE,AEMWE则具有成本低、腐蚀性低等优势。离聚物作为关键部件膜电极(Membrane electrode assembly,MEA)中三相界面(Triple phase boundary,TPB)的重要组成部分,对AEMWE内部催化作用和水管理能力起着重要作用。本文首先围绕AEMWE技术原理和离聚物在AEMWE中的作用进行了概述,随后对常见的不同种类的阴离子离聚物结构及特点进行了总结,最后从结构、含量以及添加剂调控三种调控策略入手,针对如何调控离聚物以达到更加优异的电解性能进行了具体的分析总结。 展开更多
关键词 阴离子交换膜 电解水 离聚物 三相界面 调控策略
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浅析SOFC性能衰减的材料因素 被引量:2
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作者 高克卿 刘晓天 +2 位作者 赵二庆 樊丽权 熊岳平 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期110-114,共5页
从SOFC工作状态出发,分析了材料在氧化还原气氛中的固-气界面化学稳定性、材料间固-固界面的扩散与相互反应的特性,以及外部化学物质的介入对三相界面反应的干扰等三方面因素对电池性能可能产生的影响.作者认为,注重探究实用的SOFC电池... 从SOFC工作状态出发,分析了材料在氧化还原气氛中的固-气界面化学稳定性、材料间固-固界面的扩散与相互反应的特性,以及外部化学物质的介入对三相界面反应的干扰等三方面因素对电池性能可能产生的影响.作者认为,注重探究实用的SOFC电池性能衰减材料因素有助于我国SOFC电堆的研制. 展开更多
关键词 衰减 固-气界面 固-固界面 三相界面
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共烧温度对Pt/YSZ泵氧电极性能的影响
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作者 雷超 李向东 +2 位作者 周丽红 夏风 肖建中 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第3期194-198,共5页
以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质,Pt作为电极材料,在不同温度下共烧制备了泵氧电极层原型。借助计时电流法和电化学阻抗谱(EIS)法,并结合SEM分析研究了共烧温度对泵氧电极性能的影响。结果表明,随着共烧温度的增加,泵电流先增大后减小... 以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质,Pt作为电极材料,在不同温度下共烧制备了泵氧电极层原型。借助计时电流法和电化学阻抗谱(EIS)法,并结合SEM分析研究了共烧温度对泵氧电极性能的影响。结果表明,随着共烧温度的增加,泵电流先增大后减小,界面电阻先减小后增大,1 400℃共烧电极三相界面(TPB)最长,活性最强;随着共烧温度的增加,电极反应活化能略微降低。虽然1 400℃共烧电极活化能较1 450℃大,但由于其活性区域大,三相界面长,综合表现为1 400℃共烧电极催化活性最强。 展开更多
关键词 PT YSZ 计时电流法 电化学阻抗谱(EIS) 扫描电子显微镜(SEM) 三相界面(TPB)
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Pt/YSZ电极结构老化特性研究 被引量:9
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作者 简家文 杨邦朝 张益康 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期93-100,共8页
借助于I-V极化曲线、交流阻抗测试及电子扫描电镜等技术和设备,对以Y2O3稳定ZrO2多晶固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;为定量表述电极形貌的变化特性,作者提出了一种有关Pt... 借助于I-V极化曲线、交流阻抗测试及电子扫描电镜等技术和设备,对以Y2O3稳定ZrO2多晶固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;为定量表述电极形貌的变化特性,作者提出了一种有关Pt/YSZ电极结构电极界面的形貌模型,采用此模型对不同老化时间下的电极Pt/空气/YSz三相界面的长度进行了定量计算.实验测试、理论模型计算等结果都表明:Pt/YSZ电极结构的电学性能和电极形貌均随老化时间出现了明显的变化. 展开更多
关键词 钇稳定氧化锆 老化 Pt/空气/YSZ三相界面
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Pt/YSZ电极结构形貌对传感器特性的影响 被引量:6
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作者 简家文 杨邦朝 张益灿 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2004年第4期10-14,20,共6页
借助交流阻抗测试技术、汽车用A F(空气与燃料的质量比 )氧传感器响应时间测量装置及SEM ,对敏感材料为Y2 O3 稳定ZrO2 多晶固体氧离子导体 (YSZ)的Pt YSZ电极结构氧传感器其特性在不同烧结温度下电极形貌的关系进行了研究 ,同时提出了... 借助交流阻抗测试技术、汽车用A F(空气与燃料的质量比 )氧传感器响应时间测量装置及SEM ,对敏感材料为Y2 O3 稳定ZrO2 多晶固体氧离子导体 (YSZ)的Pt YSZ电极结构氧传感器其特性在不同烧结温度下电极形貌的关系进行了研究 ,同时提出了一种有关Pt YSZ电极界面的形貌模型 ,采用此模型对不同烧结温度下的电极形貌Pt 空气 YSZ三相界面长度进行了定量计算。 展开更多
关键词 形貌 多晶 烧结温度 YSZ ZRO2 Y2O3 特性 氧离子导体 电极结构 交流阻抗
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Fabrication and optimization of La_(0.4)Sr_(0.6)Co_(0.2)Fe_(0.7)Nb_(0.1)O_(3-δ) electrode for symmetric solid oxide fuel cell with zirconia based electrolyte 被引量:4
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作者 Na Xu Tenglong Zhu +1 位作者 Zhibin Yang Minfang Han 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第11期1329-1333,共5页
La(0.4)Sr(0.6)Co(0.2)Fe(0.7)Nb(0.1)O(3-δ)(LSCFN)was applied as both anode and cathode for symmetrical solid oxide fuel cells(SSOFCs)with zirconia based electrolyte.The cell with LSCFN electrode was fa... La(0.4)Sr(0.6)Co(0.2)Fe(0.7)Nb(0.1)O(3-δ)(LSCFN)was applied as both anode and cathode for symmetrical solid oxide fuel cells(SSOFCs)with zirconia based electrolyte.The cell with LSCFN electrode was fabricated by tape-casting and screen printing.Fabrication process was optimized firstly by comparing co-sintering and separate-sintering of electrode and electrolyte.To further improve the LSCFN electrode properties,oxygen ionic conductor of Gd(0.1)Ce(0.9)O(2-δ)(GDC)was added into the LSCFN electrode.The preferred composition of LSCFN-GDC composite electrode was found to be 1:1 in weight ratio with polarization resistance of 0.16Ωcm^2at 800~℃.The maximum power densities of LSCFN-GDC||GDC/YSZ/GDC||LSCFN-GDC tested in H2and CH4with 3%H2O were 395 m W cm^(-2)and 124 m W cm^(-2)at 850~?C,respectively,which were much higher than that of LSCFN||GDC/YSZ/GDC||LSCFN cells at same condition,possibly due to the extension of the triple phase boundary induced by the addition of GDC.The cell showed reasonable stability using H2and CH4with 3%H2O as fuels and no significant power output degradation was observed after total 200 h operation. 展开更多
关键词 LSCFN electrode triple phase boundary Solid oxide fuel cells
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Pt/YSZ电极结构老化特性的复阻抗研究 被引量:3
13
作者 简家文 杨邦朝 张益康 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期200-202,205,共4页
 借助于交流复阻抗测试技术和电子扫描电镜设备,对以Y2O3稳定ZrO2固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;根据作者提出了一种有关Pt/YSZ电极结构电极界面的形貌模型,对不同老化...  借助于交流复阻抗测试技术和电子扫描电镜设备,对以Y2O3稳定ZrO2固体氧离子导体(YSZ)为基体的Pt/YSZ电极结构电学性能和电极形貌随时间的老化变化特性进行了研究;根据作者提出了一种有关Pt/YSZ电极结构电极界面的形貌模型,对不同老化时间下的电极Pt/空气/YSZ三相界面的长度进行了定量计算。实验测试和模型计算等结果都表明:Pt/YSZ电极结构的电学性能和电极形貌均随老化时间出现了明显的变化。 展开更多
关键词 钇稳定氧化锆 老化 Pt/空气/YSZ三相界面 交流阻抗 氧传感器
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Pt/YSZ电极结构形貌的表征 被引量:2
14
作者 杨邦朝 简家文 张益康 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期29-31,共3页
根据YSZ型氧传感器中O在电极表面的吸附、扩散以及Pt/YSZ界面O(Pt电极中)/O2(YSZ中)的传递的机理,提出了一种对Pt /YSZ电极界面进行定量表征的模型。用此模型对不同烧结温度下的电极形貌Pt/空气/ YSZ三相界面长度进行了定量表征,同时,... 根据YSZ型氧传感器中O在电极表面的吸附、扩散以及Pt/YSZ界面O(Pt电极中)/O2(YSZ中)的传递的机理,提出了一种对Pt /YSZ电极界面进行定量表征的模型。用此模型对不同烧结温度下的电极形貌Pt/空气/ YSZ三相界面长度进行了定量表征,同时,采用复阻抗测试技术和氧传感器响应测试技术对表征结果的合理性进行了验证。理论推算和试验结果都表明:采用1 000℃,1 h烧结的电极形貌具有最佳的电化学性能。 展开更多
关键词 Pt/YSZ电板结构 钇稳定氧化锆 Pt/空气/YSZ三相界面
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