陽(yáng)極支撐CeO-,2-基固體電解質(zhì)SOFC的材料和工藝基礎(chǔ)研究.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文陽(yáng)極支撐CeO基固體電解質(zhì)SOFC的材料和工藝基礎(chǔ)研究姓名：程繼貴申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：孟廣耀2003.5.1摘要 ! ! 墮壁學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文．2 0 0 3 年將形貌和粒度不同的凝膠澆注和共沉淀法D c O 粉體相混合，然后進(jìn)行了流延制膜試驗(yàn)。結(jié)果表明，混合粉料的流延坯1 4 0 0o C 燒結(jié)即可達(dá)9 5 ％以上的相對(duì)密度，且具有良好的電性能。說(shuō)明在采用流延法制備D C

2、O 電解質(zhì)膜時(shí)，可以調(diào)整原料粉體的粒度( 組成) 和形貌級(jí)配來(lái)促進(jìn)流延坯的燒結(jié)致密化?！裉剿髁怂z流延和有機(jī)漿料流延制備N i 0 ( N i ) ／D c O 陽(yáng)極支撐體厚膜的工藝，為拓展中溫平板式s O F C 的制備方法奠定了基礎(chǔ)；系統(tǒng)研究了組成、粉體特性、漿料制備工藝、燒結(jié)工藝條件等對(duì)陽(yáng)極支撐體燒縮行為和微結(jié)構(gòu)的影響；并以緩沖溶液法合成的化學(xué)混合N i O - D C O 粉體為原料制各出了微結(jié)構(gòu)和電性能進(jìn)一步改善的N i

3、0 ／D c 0 陽(yáng)極支撐體。本論文第三章在采用水基凝膠流延的同時(shí)，重點(diǎn)進(jìn)行了有機(jī)漿料流延制備N i O ／D c 0 陽(yáng)極支撐體的試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)漿料流變性能等的表征，優(yōu)化了漿料的組成，探索了通過(guò)多層流延或流延生坯的疊層熱壓來(lái)調(diào)整膜層厚度的方法。水基和有機(jī)流延N i O 仍c O 生坯在燒縮行為上存在差異。燒結(jié)升溫模式影響燒縮行為。等溫?zé)Y(jié)模式下，生坯的快速收縮出現(xiàn)于1 1 0 0 ．1 3 0 0o C ，滯后于恒定升溫速率( c

4、H R ) 模式下的9 5 0 - 1 1 0 0 o C 。漿料中N i 0 的含量和粒度對(duì)生坯的燒結(jié)收縮也有明顯的影響。因此，可以通過(guò)控制燒結(jié)制度、調(diào)整原料組成等多重途徑來(lái)控制陽(yáng)極的燒結(jié)收縮，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極和電解質(zhì)多層流延膜的共燒具有重要的意義。N i O ／D C 0 支撐體的微結(jié)構(gòu)也與燒結(jié)溫度、N i O ( D C 0 ) 的含量、粒度、形貌密切相關(guān)；而N i 0 含量對(duì)N i ／D c O 陽(yáng)極的微結(jié)構(gòu)有不同的影響規(guī)律。對(duì)以

5、改進(jìn)的共沉淀法一緩沖溶液法所合成的化學(xué)混合N i 0 ．D C 0 粉體為原料所制備N i o 仍C 0 陽(yáng)極性能的表征顯示，其微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能都較由機(jī)械混合N i O 、D c O 粉體所制備的陽(yáng)極有所改善，證實(shí)兩相混合陽(yáng)極原料粉體的直接化學(xué)合成是一種性能優(yōu)越、成本較低的技術(shù)路線。·探索了多條基于流延工藝的制各N i 0 伍’C O 陽(yáng)極支撐D C o 電解質(zhì)雙層膜的工藝路線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙層膜燒結(jié)變形和微結(jié)構(gòu)的有效控制；以此構(gòu)

6、建的S O F C 單電池表現(xiàn)出良好的電池性能。此外，將功能梯度材料的設(shè)計(jì)思想引入s 0 F c 的P E N多層膜中，進(jìn)一步改善了多層膜的微結(jié)構(gòu)和電池性能。在前兩章工作的基礎(chǔ)上，本論文第四章進(jìn)行了制備D C O 電解質(zhì)中溫s 0 F c之P E N 多層膜的試驗(yàn)研究，并通過(guò)以下三條工藝路線成功獲得了P E N 多層膜：( 1 ) 水基多層流延．共燒制備陽(yáng)極．電解質(zhì)雙層膜，絲網(wǎng)印刷制作陰極層；( 2 ) 有機(jī)流延．疊層熱壓．共燒制備陽(yáng)極