中低溫SOFC微納結構化電極的制備及性能研究.pdf

1、實現中低溫工作并且采用碳氫氣體作為燃料是固體氧化物然燃料電池(SOFC)的發(fā)展趨勢。阻礙其發(fā)展的問題在于中低溫下電池阻抗大大增加,碳氫氣體作為燃料時陽極大量積碳。要解決這兩個問題的有效手段之一是對電極微觀結構進行優(yōu)化。本文在以Sm摻雜CeO2(SDC)作為電解質的陽極支撐型SOFC中引入微納結構,以提高其中低溫下的電化學性能和抗積碳能力。主要內容如下:
　　 采用懸浮液旋涂法制得兼具孔徑梯度和成分梯度的微納結構化陰極。結果表明:

2、此種陰極具有200 nm左右的顆粒組成的多孔微納結構。陰極薄膜外層具有0.3～0.8μm的大孔,內層具有0.1～0.3μm的小孔。外層富含電子導體SSC,內層富含離子導體SDC。在交界處,則形成復合薄層。間隔性的旋涂、低溫熱處理對于形成此種梯度結構非常關鍵。具有此種梯度陰極的單電池在600℃下以H2作為燃料測得的最大功率密度為300 mW·cm-2,比非梯度陰極增加13.3％。
　　 分別采用PS微球、PMMA微球和淀粉微球三種

3、高分子作為模板,制得支撐型多孔Ni-Cu合金基陽極。結果表明:只有采用PS微球作為模板時,才使得制得的陽極具備大孔小孔相互連通的微納結構。陽極粉末與PS微球之間的高度親和性使得納米陽極粉末均勻包覆于單個PS球表面,壓制燒結后形成微納結構化多孔框架。其中以直徑為735nm的PS微球作為模板制得的優(yōu)化陽極的比表面積為1.50 m2/g,孔隙率為51.4％。
　　 以多孔Ni0.95Cu0.05/SDC金屬陶瓷作為前驅框架,濕法注入硝

4、酸銅溶液并高溫還原,制得具有納米點的Cu/Ni0.95Cu0.05/SDC陽極。結果表明:這種納米點主要選擇性分布于Ni0.95Cu0.05顆粒上,為富Cu的Cu-Ni合金相,大小為10～50 nm。納米點的量可以通過注入次數來調控。
　　 積碳測試結果表明:Cu/Ni0.95Cu0.05/SDC陽極中由于富Cu納米點存在使得積碳得到明顯的抑制。并且隨著注入次數增加,抗積碳能力增強。當注入次數達到4次,強化工作2 h后的積碳量只