微管式固體氧化物燃料電池陽(yáng)極微結(jié)構(gòu)控制及電池性能研究.pdf

1、微管式固體氧化物燃料電池（Micro Tubular Solid Oxide Fuel Cell，MT-SOFC）是指直徑小于2mm的固體氧化物燃料電池，具有功率密度高，啟動(dòng)速度快，抗熱震性能好且便于移動(dòng)攜帶等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)相轉(zhuǎn)化紡絲-燒結(jié)技術(shù)制備了具有不對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)的YSZ（8mol％氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）和Ni-YSZ中空纖維膜。通過(guò)控制紡絲工藝參數(shù)，優(yōu)化了膜的微結(jié)構(gòu)。利用真空浸漬和涂覆方法分別制得基于非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)YSZ和Ni-YSZ中

2、空纖維膜的MT-SOFC，并研究了電池的結(jié)構(gòu)特性、機(jī)械特性以及電化學(xué)性能。
　　通過(guò)相轉(zhuǎn)化紡絲-燒結(jié)技術(shù)一步制備出內(nèi)表面多孔、外表面致密的非對(duì)稱(chēng)孔結(jié)構(gòu)YSZ中空纖維電解質(zhì)膜。其致密層可作為固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)，通過(guò)真空浸漬方法在多孔內(nèi)表面引入鎳源，從而形成Ni–YSZ復(fù)合陽(yáng)極。在YSZ中空纖維膜的外表面涂覆-燒結(jié)一層La0.8Sr0.2MnO3-δ（LSM）陰極膜，并通過(guò)銀絲與銀膠引出電流，組裝成MT-SOFC。同樣，通過(guò)相

3、轉(zhuǎn)化紡絲-燒結(jié)技術(shù)制備了具有非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的Ni-YSZ陽(yáng)極中空纖維膜，考察了不同芯液組成對(duì)陽(yáng)極微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過(guò)提拉涂覆技術(shù)在陽(yáng)極中空纖維膜外表面依次涂覆均勻的YSZ電解質(zhì)膜和LSM陰極膜，經(jīng)700℃氫氣還原4h后，組裝成MT-SOFC單電池。電池和膜材料的微結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電鏡表征，力學(xué)性能用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試。電池的電化學(xué)特性通過(guò)數(shù)字源表測(cè)試，在800℃下，分別以氧氣為氧化劑，氫氣為燃料，測(cè)試了MT-SOFC開(kāi)路電壓和輸出功率。<

4、br>　　結(jié)果表明，當(dāng)芯液為乙醇-NMP（3:7），燒結(jié)溫度為1450℃時(shí)，可獲得一種具有放射形指狀孔結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱(chēng)YSZ中空纖維膜，其抗彎強(qiáng)度可達(dá)117MPa，氣體滲透通量為3.8×10-7mol·Pa-1·m-2·s-1，孔隙率超過(guò)40%。浸漬10次硝酸鎳后，陽(yáng)極氧化鎳含量可達(dá)42wt%，電導(dǎo)率達(dá)728.2S·cm-1，孔隙率為31.2%。隨著浸漬次數(shù)的增加，基于YSZ中空纖維膜的MT-SOFC開(kāi)路電壓與輸出功率均隨之升高，浸漬10次