微管式SOFC在氧化还原过程中的应力演变机制及电化学行为的研究

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基本信息

  • 批准号：
    21076023
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    35.0万
  • 负责人：
    孙克宁
  • 依托单位：
    北京理工大学
  • 学科分类：
    B0809.光化学与电化学工程
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

固体氧化物燃料电池是一种新型的高效能源转换装置。与传统的平板式及管式SOFC相比，微管式结构具有一些潜在优势，诸如体积能量密度更高、抗热震性能好、启动和稳定时间快等，成为近年来研究的热点。其主要的应用领域为需要快速启动的备用及移动用设备的辅助电源。由于在工作条件下经常需要反复启动，此时电极在氧化还原作用下产生的内应力会明显破坏阳极/电解质界面的完整性内应力的变化，从而导致电池性能衰减甚至失效。本项目拟采用相转化纺丝并结合浸渍涂敷技术制备微管式SOFC，研究其在氧化还原循环过程中的电化学行为特征，并针对传统X射线衍射法无法分析材料内部应力变化的缺点，采用拉曼光谱技术研究阳极半电池中电解质表面、电解质/阳极界面及阳极内部的应力演变规律，分析氧化还原循环对阳极微结构以及电池电化学行为的影响，研究工作对于揭示微管式SOFC在反复启动过程中微结构的演变、提高SOFC的可靠性等方面具有重要的科学意义。

结项摘要

采用相转化纺丝技术制备了NiO-YSZ中空纤维阳极，考察了纺丝工艺条件包括纺丝压力、内凝固浴流速和空隙长度对阳极形貌的影响，获得优化制备工艺。采用不同N2压力制备了NiO-YSZ中空纤维阳极，当N2压力为0.1MPa制备的电池具有最高的最大功率密度值为0.54W•cm−2。制备了阳极支撑微管式SOFC。随着NiO含量的增加，阳极的孔隙率和电导率升高，电池的放电功率也随之提高。引入阳极功能层后，电池的功率输出继续增加。采用LSM-YSZ两相质量比为60:40的复合阴极材料，800℃组装的微管式SOFC其最大功率密度为0.85W•cm−2。制备了阳极支撑ScSZ电解质微管式SOFC，800℃电池的最大功率密度为1.0W•cm−2；进一步考察了其在NH3气氛下的电化学性能，800℃最大功率密度为0.782W•cm−2。为了提高微管式SOFC的机械强度，在中空纤维阳极当中采用具有较高断裂强度的3YSZ替代了8YSZ。同Ni-8YSZ中空纤维阳极相比，Ni-3YSZ中空纤维阳极的孔隙率增加，电导率降低，断裂强度增加。. 采用原位拉曼光谱技术考察了微管式SOFC在氧化还原过程中的应力演变机制，发现随着温度升高电池YSZ电解质呈现压应力，700℃应力大小为70.85MPa，随着阳极被还原，峰位置向高频方向移动，还原30min后，应力减小为35.42MPa。随后测试了电池在氧化还原过程中应力变化，发现随着氧化还原次数增加，峰位置同样也向高频移动，表明压应力减小。. 采用相转化法一步制备了具有双孔道结构的平板阳极。当NiO-YSZ与PESf的质量比为10:1、NiO含量为50%，凝固浴深度为10.5cm时，所制备阳极的海绵孔道层厚度最薄(45μm)，800℃电池的最大功率密度值为1.15W•cm−2。制备了双孔道阳极支撑ScSZ电解质平板式SOFC， 800℃最大功率密度值为1.97W•cm−2。. 通过溶胶-凝胶法制备了Ba0.5Sr0.5Fe1-xAlxO3-δ(BSFAx，x = 0 - 0.2)系列阴极材料。当Al的掺杂量x≤0.09时，材料能够得到纯相，并随着Al掺杂量的增加，BSFAx的热膨胀系数和电导率逐渐减小，其中BSFA0.09具有最高的非化学计量氧含量和最低的极化电阻和阴极过电位，在800℃下，极化电阻Rp为0.26 Ω•cm2。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Synthesis and characterization of B-site Ni-doped perovskites Sr2Fe1.5xNixMo0.5O6 (x = 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4) as cathodes for SOFCs
B位Ni掺杂钙钛矿Sr2Fe1.5的合成与表征
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子：
    11.9
  • 作者：
    孙克宁
  • 通讯作者：
    孙克宁
A newly-developed effective direct current assisted sintering technique for electrolyte film densification of anode-supported solid oxide fuel cells
新开发的有效直流辅助烧结技术用于阳极支撑固体氧化物燃料电池电解质膜致密化
  • DOI：
    10.1016/j.jpowsour.2012.05.017
  • 发表时间：
    2012-10
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    孙克宁
  • 通讯作者：
    孙克宁
Compositionally continuously graded cathode layers of (Ba0.5Sr0.5)(Fe0.91Al0.09)O3Gd0.1Ce0.9O2 by wet powder spraying technique for solid oxide fuel cells
(Ba0.5Sr0.5)(Fe0.91Al0.09)O3 组成连续梯度阴极层
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Journal of Power Sources
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    孙克宁
  • 通讯作者：
    孙克宁
Preparation and characterization of silver-modified La0.8Sr0.2MnO3 cathode powders for solid oxide fuel cells by chemical reduction method
化学还原法制备银改性固体氧化物燃料电池La0.8Sr0.2MnO3正极粉末及其表征
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Wang, Zhenhua;Xu, Cheng;Lou, Zhongliang;Qiao, Jinshuo;Ren, Baiyu;Sun, Kening
  • 通讯作者：
    Sun, Kening
A novel sintering method to obtain fully dense gadolinia doped ceria by applying a direct current
一种通过直流电烧结获得全致密氧化钆掺杂二氧化铈的新方法
  • DOI：
    10.1016/j.jpowsour.2012.03.006
  • 发表时间：
    2012-07-15
  • 期刊：
    JOURNAL OF POWER SOURCES
  • 影响因子：
    9.2
  • 作者：
    Hao, Xiaoming;Liu, Yajie;Sun, Kening
  • 通讯作者：
    Sun, Kening

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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