磁控濺射法制備YSZ電解質(zhì)薄膜及其在SOFC中的應(yīng)用.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種全固態(tài)、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，由于自身特有的優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是21世紀(jì)最有效的發(fā)電系統(tǒng)之一。目前研究的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)可在中低溫(600℃~800℃)區(qū)域工作的SOFC，為了保證電池良好的輸出性能，Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)電解質(zhì)的薄膜化制備是一種非常有前景的技術(shù)路線。
　　本文采用射頻磁控濺射法制備YSZ電解質(zhì)薄膜，研究了濺射過(guò)程中關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要通過(guò)對(duì)薄膜微觀形貌、沉積速

2、率以及組裝單體電池性能的表征來(lái)優(yōu)化工藝。確定的最佳工藝參數(shù)：沉積時(shí)間為35h，工作氣壓為0.75Pa，射頻功率為350W，基體溫度為600℃。采用優(yōu)化后的濺射工藝獲得的YSZ電解質(zhì)薄膜再1400℃熱處理2h，其厚度約為9μm，致密度高，與陽(yáng)極基體結(jié)合緊密。組裝單體電池，其開(kāi)路電壓可達(dá)到1.03V；電池在750℃、800℃和850℃時(shí)最大功率密度分別為570mW·cm-2、831mW·cm-2和1200mW·cm-2。
　　另外研究

3、了陽(yáng)極基體對(duì)濺射制備YSZ電解質(zhì)薄膜性能以及電池性能的影響。發(fā)現(xiàn)壓片法制備的陽(yáng)極預(yù)燒溫度為1300℃時(shí)，片子的平整度和YSZ薄膜致密性較好，電池在800℃下的開(kāi)路電壓和最大功率密度分別為1.08V和834mW·cm-2；相對(duì)于壓片法，采用流延法制備的陽(yáng)極基體，顆粒分布均一，結(jié)構(gòu)精細(xì)，催化活性高，電池的放電性能和穩(wěn)定性較好，電池在800℃下的最大功率密度為1009mW·cm-2，運(yùn)行10h基本無(wú)衰減。采用流延法燒制了70mm×70mm平整