陽(yáng)極支撐SOFC電解質(zhì)薄膜及電極材料的制備與性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid oxide fuel cell，SOFC)是新型綠色發(fā)電技術(shù)，采用離子導(dǎo)體為隔膜，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)換效率高，安全環(huán)保，很有發(fā)展前景。然而其工作溫度較高會(huì)引發(fā)諸多問(wèn)題，降低SOFC的使用壽命和工作效率，實(shí)現(xiàn)電池中低溫化的常用方法就是采用陽(yáng)極支撐SOFC，將電解質(zhì)材料制備成薄膜。作為SOFC的重要組成部分，陽(yáng)極支撐體與電解質(zhì)薄膜的性能極為重要。
　　首先以石墨為造孔劑制備多孔NiO/YSZ

2、陽(yáng)極材料，探討造孔劑含量對(duì)陽(yáng)極材料微觀結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)性能的影響。結(jié)果表明隨著造孔劑含量的增加，陽(yáng)極材料的開(kāi)氣孔率和收縮率等逐漸增加，抗熱震性能得到改善，而其彎曲強(qiáng)度和電導(dǎo)率有所降低。其中石墨含量10wt％的陽(yáng)極材料，彎曲強(qiáng)度在50MPa左右，還原后氣孔率達(dá)到38％，電導(dǎo)率為720s/cm，滿足SOFC正常工作的基本要求。
　　其次通過(guò)干壓成型法制備出梯度陽(yáng)極材料，使陽(yáng)極從支撐層到功能層NiO和造孔劑含量遞減，原料粉體顆粒逐漸細(xì)化，孔隙

3、率降低，從而增加陽(yáng)極的催化活性，使陽(yáng)極材料工作壽命延長(zhǎng)，性能提高。對(duì)于陽(yáng)極功能層，原料球磨時(shí)間越長(zhǎng)，則粉體顆粒越細(xì)，混合越均勻，從而保證了較高的反應(yīng)三相界面。
　　然后采用漿料旋涂法在陽(yáng)極支撐體上制備電解質(zhì)薄膜，研究各項(xiàng)旋涂工藝參數(shù)對(duì)電解質(zhì)薄膜厚度和致密性的影響。發(fā)現(xiàn)粘結(jié)劑中乙基纖維素含量為3wt％，固相含量為40wt％，陽(yáng)極預(yù)燒溫度為800℃時(shí)，薄膜致密性較好。旋涂時(shí)間為20s，轉(zhuǎn)速4000r/min，旋涂4次時(shí)，可以得到厚度1

4、5um左右的電解質(zhì)薄膜。薄膜厚度均勻平整，與陽(yáng)極支撐體連接緊密。在YSZ漿料中加入Bi2O3作為燒結(jié)助劑，不僅可以降低燒結(jié)溫度，提高致密性，還能促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)，降低電解質(zhì)材料的晶界電阻。但過(guò)多的Bi2O3會(huì)導(dǎo)致部分c-ZrO2轉(zhuǎn)變?yōu)檠蹼x子電導(dǎo)率較低的m-ZrO2，同時(shí)降低了電解質(zhì)的抗熱震性能。添加3wt％Bi2O3的YSZ電解質(zhì)在1250℃時(shí)的相對(duì)密度為97.5％，達(dá)到純YSZ電解質(zhì)在1450℃燒結(jié)后的致密性，避免了m-ZrO2的生成，較