多孔陶瓷支撐型固體氧化物燃料電池研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種新型的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、低污染等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到研究者的重視。本論文的主要研究工作是多孔陶瓷支撐型管式 SOFC的制備與性能研究，開發(fā)了低成本的用于制備多孔陶瓷管的注漿成型技術(shù)，在此基礎(chǔ)上成功制備了單電池及電堆，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究，為以后制備高性能的電池打下基礎(chǔ)。
　　本論文采用注漿成型法制備了PSZ(3mol％Y2O3穩(wěn)定的ZrO2)多孔支撐管。使用有機(jī)造孔劑木薯粉

2、制備漿料并進(jìn)行注漿時(shí)，由于木薯粉顆粒較大，使得注漿制備的支撐管容易產(chǎn)生缺陷，制備較高孔隙率支撐管時(shí)成功率較低。以 NiO為造孔劑制備高固相含量的懸浮液作為注漿漿料，克服了使用木薯粉注漿制備多孔支撐管成功率低的缺點(diǎn)，并通過研究漿料穩(wěn)定性確定了漿料的最佳組成為：粉料-PSZ10g，造孔劑-NiO10～12g，分散劑-阿拉伯樹膠2.5g，溶劑-水20g。制備的支撐管生坯經(jīng)過1100°C燒結(jié)并酸洗Ni后得到機(jī)械強(qiáng)度高，孔隙率為30%~40%的多

3、孔支撐管。通過SEM可以看到，經(jīng)過酸洗Ni后制備的支撐管，其孔徑小，分布均勻，有利于氣體的擴(kuò)散。
　　采用浸漬法在多孔支撐管體上制備了NiO/YSZ陽極層與YSZ電解質(zhì)膜，陽極層在每次浸漬后經(jīng)過400°C處理。1400°C燒結(jié)后陽極厚度約為80μm，電解質(zhì)膜厚度約為20μm。使用LSM（浸漬SDC）作為陰極，經(jīng)過1100°C燒結(jié)制備了單電池并進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。在測(cè)試條件為700°C，H2流量為100sccm時(shí)，電池開路電壓（OC

4、V）可達(dá)1V左右，最大功率密度為89mWcm-2。通過SEM分析，YSZ電解質(zhì)膜非常致密，但陽極中出現(xiàn)分層，影響了陽極微觀結(jié)構(gòu)，陽極的電化學(xué)性能成為限制電池輸出的關(guān)鍵因素。
　　為改善陽極微結(jié)構(gòu)，在陽極漿料中不加入造孔劑，并將陽極層浸漬后在空氣中進(jìn)行自然干燥處理。制備的單電池在700°C和800°C，H2流量為100sccm時(shí)，電池開路電壓分別為1V和0.97V，最大功率密度分別達(dá)到345mWcm-2和494 mWcm-2。