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2020年 第26卷 第2期    刊出日期：2020-04-28

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高温电化学专辑(客座编辑： 华南理工大学刘江教授)

第26卷第2期封面和目次

2020, 26(2):  0-0.  doi:10.13208/j.electrochem.191151

摘要 ( 809 )   PDF (109376KB) ( 1306 )  

相关文章 | 计量指标

高温电化学专辑序言

刘江

2020, 26(2):  159-161.  doi:10.13208/j.electrochem.191140

摘要 ( 664 )   HTML ( 1)   PDF (184KB) ( 410 )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

综述



固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究进展

李一航, 夏长荣

2020, 26(2):  162-174.  doi:10.13208/j.electrochem.191141

摘要 ( 1389 )   RichHTML ( 33)   PDF (1353KB) ( 1573 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

固体氧化物电解池是一种高效、环境友好型的能量转换器件,可以直接将电能转化为化学能. 本文介绍了近年来作者课题组在固体氧化物电解池直接用于CO₂还原的研究进展,并以阴极材料为主着重讨论了金属陶瓷电极和混合导电型钙钛矿氧化物电极的研究工作,最后展望了未来固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究思路和方向.



直接碳固体氧化物燃料电池

刘江, 颜晓敏

2020, 26(2):  175-189.  doi:10.13208/j.electrochem.191148

摘要 ( 938 )   RichHTML ( 20)   PDF (1744KB) ( 1060 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

碳是重要的能量载体. 直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）是一种直接使用固体碳为燃料的能量转换装置,通过电化学反应,DC-SOFC可将碳所蕴含的化学能直接而连续地转换成电能,转换效率高,产生的CO₂浓度高,易于捕集和后续处理. 本文系统地介绍DC-SOFC的结构组成、工作原理、研究现状和发展趋势,重点介绍了作者课题组在DC-SOFC研究方面的成果和进展,包括单电池和电池组的研制、采用生物质碳和煤炭为燃料时的性能和DC-SOFC在气电联产中的应用探索.



钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池燃料重整中的应用

韦童, 李箭, 贾礼超, 池波, 蒲健

2020, 26(2):  198-211.  doi:10.13208/j.electrochem.191147

摘要 ( 875 )   RichHTML ( 8)   PDF (1695KB) ( 1568 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是通过电化学反应将化石燃料（煤、石油和天然气等）、生物质燃料或其它碳氢燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置,能量转换效率更高、污染更低,被公认为21世纪高效绿色能源技术. 但直接以碳氢化合物为燃料时,镍基阳极中容易产生积碳,从而失去电化学催化活性. 在阳极外侧进行一次燃料的预重整是一种行之有效的解决办法,其中高效稳定的重整催化剂至关重要. 本文将结合本课题组的研究进展对钙钛矿催化剂在燃料重整中的应用进行概述,并提出自己相应的观点和展望.



高温固体氧化物电解制氢技术发展现状与展望

张文强, 于波

2020, 26(2):  212-229.  doi:10.13208/j.electrochem.191144

摘要 ( 2438 )   RichHTML ( 60)   PDF (2279KB) ( 11410 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

固体氧化物电解池是一种先进的能量转换装置,具有高效、简单、灵活、环境友好等特点,是目前国际能源领域的研究热点. 本文对高温固体氧化物电解制氢技术的基本原理、关键材料、系统组成、发展历程及国内外研究现状等进行了总结和分析,小结了该技术发展面临的主要挑战,简述了清华大学在高温固体氧化物电解领域近期的研究进展,并对其未来应用前景进行了展望.



单气室固体氧化物燃料电池的材料、微堆结构与相关应用

吕喆, 魏波, 王志红, 田彦婷

2020, 26(2):  230-242.  doi:10.13208/j.electrochem.191142

摘要 ( 778 )   RichHTML ( 10)   PDF (1380KB) ( 1746 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

单气室固体氧化物燃料电池（SC-SOFC）是一种整个电池处在单一气室中,阳极和阴极分别对混合气体中的燃料和氧气进行选择催化产生电动势的特殊结构燃料电池. SC-SOFC因其独特的原理和结构而具有无需密封、易于堆叠、可以快速启动和不易发生积碳等诸多优点,有很大的应用潜力. 作者在SC-SOFC的原理和特点的基础上,系统地总结了SC-SOFC所用材料、微堆结构设计、衰退机制及应用方面的研究进展;以提高SC-SOFC微堆的输出电压和功率为目的,改进预混气体环境下运行的微堆结构,采取星型布局的四电池微堆其输出功率提高到420 mW;随后,逐步改进供气方式,结合计算流体力学数值模拟研究,提出了单路多点供气和双路多点供气模式,成功地将单个SC-SOFC微堆模块的输出功率提升到8.178 W,进而开展了微堆模块外部串并联和与燃烧器的结合实验验证. 研究结果表明,SC-SOFC可以很便捷地连接成微堆模块并产生数瓦的输出功率,未来有望用于以供热为主型的热电联供系统. 作者还借助原位电阻和开路电压的原位同步测试,阐明了Ni在CH₄-O₂气氛中的反复氧化-还原循环是SC-SOFC发生不可逆衰退的主要机制,这一发现后来催生出氧化-还原法制备多孔金属的新技术.



乙烷脱氢共生电能-增值化学品固体氧化物燃料电池研究进展

樊赟, 王琦, 李俊, 骆静利, 符显珠

2020, 26(2):  243-252.  doi:10.13208/j.electrochem.191145

摘要 ( 974 )   RichHTML ( 4)   PDF (1104KB) ( 1467 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

天然气/页岩气供应大幅增加推动了全球由乙烷制取乙烯等增值化学品的发展,深刻改变着石化产业的格局,乙烷高效清洁地转化为更高价值化学品具有深远意义. 乙烷蒸汽裂解制乙烯是一项比较成熟的工业生产技术,但是这一过程存在耗能高、积碳严重、热力学平衡受限等问题. 电能-增值化学品共生固体氧化物燃料电池由于可以将燃料气自发反应转化为高价值化学品的同时释放电能的特点被广泛研究. 本文总结了采用共生固体氧化物燃料电池将乙烷电化学脱氢共生乙烯增值化学品和电能的最新研究进展,重点介绍了固体氧化物燃料电池在乙烷脱氢中的工作原理和优势以及电解质和电极材料的选择等方向的研究发展,表明通过燃料电池技术低能耗实现乙烷共生乙烯增值化学品与电能具有显著的优越性,在实现高效节能的工业化生产中具有非常巨大的应用潜力.



氧离子传导型固体氧化物电解池燃料电极的研究进展

叶灵婷, 谢奎

2020, 26(2):  253-261.  doi:10.13208/j.electrochem.191146

摘要 ( 866 )   RichHTML ( 12)   PDF (827KB) ( 1213 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

固体氧化物电解池可高效地电解H₂O/CO₂制备燃料,越来越受到人们的重视. 本文对近年来在燃料电极（阴极）材料方面的研究进展进行了全面综述,指出各种阴极材料的优缺点及发展趋势,强调亟待解决的关键科学与技术问题.

研究论文



阴极支撑型固体氧化物燃料电池的制备与测试

鲍晓囡, 张广君, 王绍荣

2020, 26(2):  190-197.  doi:10.13208/j.electrochem.191149

摘要 ( 846 )   RichHTML ( 5)   PDF (956KB) ( 807 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用固相反应法合成A缺位的(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO₃(LSM95)作为阴极材料,Zr_0.9Sc_0.1SO_1.95(SSZ)商业粉体作为电解质材料,溶胶-凝胶法合成的La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Mn_0.5O₃-(LSCrM)作为阳极电催化材料,利用流延、共烧结及浸渍法得到结构为LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95的阴极支撑型固体氧化物燃料电池,分别在氢气气氛和甲烷气氛中进行电化学性能测试. 结果表明,浸渍0.11 g·cm ^-2 CeO₂的LSCrM-CeO₂|SSZ|3YSZ-LSM95单电池在以CH₄为燃料时,600、650、700、750和800 ^oC下的功率密度分别为1.68、4.70、12.40、28.08和54.78 mW·cm ^-2,表现出一定的电化学性能和较好的稳定性.



石榴石型固态电解质/铝锂合金界面构筑及电化学性能

马嘉林, 王红春, 龚正良, 杨勇

2020, 26(2):  262-269.  doi:10.13208/j.electrochem.181001

摘要 ( 1315 )   RichHTML ( 50)   PDF (890KB) ( 721 )  

数据和表 | 参考文献 | 补充材料 | 相关文章 | 计量指标

本文通过在锂负极中熔入少量铝制备了一种含Al-Li合金（Al₄Li₉）的新型复合锂负极,可有效改善Garnet/金属锂界面润湿性,从而显著降低了界面阻抗. XRD研究结果表明这一复合锂负极由Al₄Li₉合金和金属锂两相复合而成. SEM研究表明,复合锂负极可以有效改善金属锂与Garnet电解质的界面接触,形成更为紧密的接触界面. 电化学测试表明,复合锂负极显著降低了金属锂与Garnet电解质的界面阻抗,界面阻抗由锂/Garnet电解质界面的740.6 Ω·cm ²降低到复合锂负极/Garnet电解质界面的75.0 Ω·cm ². 使用复合锂负极制备的对称电池在50 μA·cm ^-2和100 μA·cm ^-2电流密度锂沉积-溶出过程中表现出较低的极化和良好的循环稳定性,在50 μA·cm ^-2电流密度下,可以稳定循环超过400小时.



NiO@rGO负载钯、银纳米粒子用作氧还原催化剂

姚硕, 黄太仲, RizwanHaider, 房恒义, 于洁玫, 姜占坤, 梁栋, 孙玥, 原鲜霞

2020, 26(2):  270-280.  doi:10.13208/j.electrochem.190125

摘要 ( 1336 )   RichHTML ( 38)   PDF (747KB) ( 694 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了促进燃料电池的广泛应用,必须研发一种高效、经济的氧还原（ORR）催化剂材料替代目前使用的昂贵的Pt基催化剂. 本文合成了NiO@rGO、Pd-NiO@rGO和Ag-NiO@rGO三种催化剂材料,并对其ORR催化性能进行了比较研究. 结果表明,三种材料均具有催化ORR的能力,但与NiO@rGO相比,Pd-NiO@rGO和Ag-NiO@rGO展示了更加优异的性能,主要表现在其4电子转移ORR过程、起始电位增加,中间产物的产率降低和稳定性提高. 其中,Pd-NiO@rGO作为ORR催化剂的性能最好.



法拉第吸脱附偶联过程循环伏安行为的有限元分析

郭佳瑶, 陈煅, 张杰, 詹东平

2020, 26(2):  281-288.  doi:10.13208/j.electrochem.190411

摘要 ( 1801 )   RichHTML ( 87)   PDF (884KB) ( 847 )  

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法拉第吸脱附偶联过程的电化学行为较为复杂,难以定量获得其表界面反应动力学信息. 本文通过COMSOL有限元软件对法拉第吸脱附偶联过程的循环伏安行为进行数值分析,研究了反应物或产物不同吸附条件下的循环伏安行为. 结果表明：当反应物或产物弱吸附时,可通过阴、阳极峰电流之差实现饱和吸附量的定量表征. 随着吸附平衡常数的增大,反应由弱吸附向强吸附过渡,峰电流由扩散峰与吸脱附峰相互重叠过渡到相互分离的吸脱附“前波”或“后波”特征. 该吸脱附特征峰的形状和位置与电势依赖的吸附平衡常数有关. 吸附平衡常数及其电势依赖程度越大,吸脱附峰偏离扩散峰越远,吸脱附峰越尖锐. 该模型为法拉第吸脱附偶联过程的循环伏安研究提供了一种定量研究方法,能够帮助研究者从复杂的吸脱附伏安行为中定量获得饱和吸附量和吸附平衡常数等信息,并对涉及吸脱附的电催化研究具有一定指导意义.



富锂层状正极材料Li₂MnO₃的表面改性及其电化学性能研究

王杜丹, 王非, 翟欢欢, 李玉鹏, 杨纳川, 陈康华

2020, 26(2):  289-297.  doi:10.13208/j.electrochem.190524

摘要 ( 1257 )   RichHTML ( 32)   PDF (611KB) ( 532 )  

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Li₂MnO₃正极材料具有较高的理论容量（459 mAh·g ^-1）,不仅安全无毒还能够大大降低电池的制造成本,从而受到越来越多的关注. 然而,较低的首圈库仑效率和较差的循环性能妨碍了其在锂电池中的实际应用. 在此,作者研究了MgF₂涂层对Li₂MnO₃正极材料的电化学性能. 结果表明,MgF₂涂层诱导部分层状Li₂MnO₃向尖晶石相转化,从而降低了首圈不可逆容量,提高库仑效率. 重量比为0.5%、1.0%和2.0%的MgF₂涂层电极的初始库仑效率分别为70.1%、77.5%和84.9%,而原始电极仅为57.7%. 充放电曲线表明,1.0wt.%MgF₂涂层改性的Li₂MnO₃具有最高的充放电容量和最佳的循环稳定性. 40个循环后1.0wt.%MgF₂涂层样品的容量保持率为81%,远高于原始样品的容量保持率（53.6%）. 电化学阻抗谱结果表明MgF₂涂层减少了不利成分的快速沉积,并改善了电极的循环稳定性.



基于电化学噪声研究模拟海洋大气环境下304不锈钢的点蚀行为

邓俊豪, 王贵, 胡杰珍, 邓培昌, 胡欢欢

2020, 26(2):  298-307.  doi:10.13208/j.electrochem.190415

摘要 ( 1438 )   RichHTML ( 14)   PDF (1148KB) ( 427 )  

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基于电化学噪声技术建立了不锈钢海洋大气点蚀监测系统,利用该系统对处于干湿循环环境下不锈钢的点蚀行为进行监测. 使用时域谱图、时域统计、频域谱图和散粒噪声理论等分析方法对采集到的电化学噪声数据进行处理分析,并结合动电位极化法,形貌分析法共同研究不锈钢的点蚀行为. 研究结果表明,304不锈钢在模拟海洋大气环境下的点蚀行为分为钝化、亚稳态点蚀和稳态点蚀三个阶段. 在钝化阶段,电位电流噪声信号出现少量的同步异向波动,腐蚀事件发生频率高,平均电量低;在亚稳态点蚀阶段,电位电流噪声信号出现大量的同步同向波动,腐蚀事件发生频率降低,平均电量上升,通过扫描电镜观察蚀点;在稳态点蚀阶段,电位电流噪声信号不仅存在大量的同步同向波动,还出现了同步异向波动,腐蚀事件发生频率较低,平均电量大幅度上升,通过扫描电镜观察到电极表面出现小而浅的蚀点. 而动电位极化法可以证实304不锈钢点蚀的发生. 两种分析方法所得结果具有较好的一致性,证明该监测系统很好地实现了对模拟海洋大气环境下304不锈钢点蚀行为的连续监测,并能判断点蚀的发生.



Ta ⁵⁺掺杂Li₇La₃Zr₂O₁₂的合成及其性能研究

彭峰峰, 李世友, 耿彤彤, 李春雷, 曾双威

2020, 26(2):  308-314.  doi:10.13208/j.electrochem.181105

摘要 ( 1179 )   RichHTML ( 32)   PDF (800KB) ( 941 )  

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本文采用固相法制备了Ta ⁵⁺掺杂的石榴石型无机固体电解质Li_7-xLa₃Zr_2-xO₁₂（xTa-LLZO）,研究了不同的掺杂量对材料性能的影响. 通过X射线发射光谱（XRD）、冷场发射电子扫描电镜（FESEM）和电化学阻抗（EIS）对材料进行物理表征和阻抗测试,并且组装LiFePO₄//LLZTO//Li全固态锂电池测试电池的循环稳定性. 结果表明,随着Ta ⁵⁺掺杂的增加,材料呈现出一个单一的立方相结构,当Ta ⁵⁺掺杂量为14.09wt.%（即x=0.3）时,材料的室温离子电导率达到最大（2.58×10 ^-4 S·cm ^-1）,呈现出稳定的立方相结构且具有相对较高的致密度（89.16%）,并具有较稳定的循环稳定性,经过50个循环后容量保持率依然保持到88.67%左右.

近期热点文章

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詹东平

2020, 26(2):  315-316.  doi:10.13208/j.electrochem.191150

摘要 ( 598 )   PDF (340KB) ( 383 )  

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