陽極支撐體對氧化鋯電解質(zhì)薄膜燃料電池性能影響研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid oxide fuel cell,簡稱SOFC)是一種清潔高效的能源系統(tǒng),同時具有燃料適用范圍廣,且對燃料純度要求較低,不需要使用貴金屬催化劑以及全固態(tài)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點,因此極具應(yīng)用價值。目前SOFC研究的熱點是將工作溫度降到800℃以下的中低溫區(qū),這樣可以增加電池元件的穩(wěn)定性、延長電池壽命、擴大電池材料的選擇范圍,進而降低電池的成本,更重要的是中溫化有利于SOFC的規(guī)?；⒚裼没蜕虡I(yè)化。實現(xiàn)SOFC中溫化的關(guān)

2、鍵是制備出高性能的電解質(zhì)薄膜,這種薄膜通常是附著在多孔陽極支撐體之上的,深入開展陽極支撐體的組成、制備工藝與微結(jié)構(gòu)研究對于提高SOFC性能、推進其實用化至關(guān)重要,因此本文主要圍繞氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)電解質(zhì)薄膜的陽極支撐體展開研究。本論文采用沉淀方法制備NiO粉體與微米級粒度的YSZ以及造孔劑混合后用干壓法制備陽極支撐體。造孔劑的加入主要是通過增大陽極的孔隙率達到優(yōu)化陽極微結(jié)構(gòu)的目的。本文研究了不同比例的活性炭、面粉以及由活性炭和面

3、粉組成的復合造孔劑的作用,仔細研究了各種造孔劑對于陽極和電池性能的影響進而確定最合適的造孔劑及其最優(yōu)比例。實驗結(jié)果表明,活性炭造孔劑可以顯著地影響陽極支撐體的燒結(jié)收縮,陽極支撐體中面粉造孔劑含量的變化幾乎不引起陽極燒結(jié)收縮的變化,但可可以主要用來調(diào)節(jié)陽極的孔隙率。在此結(jié)論的基礎(chǔ)上,本論文提出同時使用面粉和活性碳組成復合造孔劑的思想,從而同時有效地調(diào)節(jié)陽極支撐體的燒結(jié)收縮和孔隙率。由所測得的陽極燒結(jié)曲線得到加入復合造孔劑的陽極中四種粉體(

4、NiO：YSZ：面粉：活性炭)的質(zhì)量比為5：5：2.5：0.5時陽極在900~1400℃的總燒結(jié)收縮是20.4%,僅比YSZ的小約0.8%,這很好地解決了陽極與電解質(zhì)的收縮匹配問題。阿基米德方法測量陽極的孔隙率為34%(還原前),滿足陽極支撐體的要求。用漿料旋涂方法在此支撐體上制備了YSZ電解質(zhì)薄膜,陰極采用Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)浸漬的La0.7Sr0.3MnO3(LSM),制備單電池,電化學測試結(jié)果表明電池的性能良好,

5、并且伏安曲線在大電流密度區(qū)沒有出現(xiàn)明顯的濃差極化,因此陽極的孔隙率很合理。單電池在700和800℃的最大功率密度分別為688和1122 mW/cm2。使用漿料旋涂方法在陽極和電解質(zhì)之間制備由NiO和YSZ(Tosoh)組成的陽極活化層,研究了不同厚度的陽極活化層對于陽極支撐體和單電池性能的影響?；罨瘜釉黾恿岁枠O的催化活性,降低了陽極與電解質(zhì)之間的界面阻抗。旋涂一層活化層的單電池在700℃的最大功率密度達到662 mW/cm2,較無活化層