固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種綠色能源裝置,以其具有無腐蝕、無泄漏且可在內(nèi)部完成燃料重整處理等優(yōu)點而倍受關(guān)注。作為SOFC核心組件的電解質(zhì),其性能的優(yōu)劣很大程度上決定了SOFC的整體性能。
　　YSZ(Y2O3穩(wěn)定的 ZrO2)具有卓越的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的力學(xué)性能以及在較寬的氧分壓范圍內(nèi)呈現(xiàn)純氧離子導(dǎo)電特性等優(yōu)點,是SOFC最常用的電解質(zhì)材料之一。本文采用水熱法合成 YSZ納米粉體,研究了不同狀態(tài)的水熱前驅(qū)物,不同

2、種類和濃度的沉淀劑對粉體和燒結(jié)體性能的影響。結(jié)果表明:水熱法可以制備優(yōu)良的YSZ粉體,水熱前驅(qū)物狀態(tài)對YSZ晶型影響很大,水熱法制備的YSZ材料電導(dǎo)率800℃可達0.034 S/cm。
　　SSZ(Sc2O3穩(wěn)定的ZrO2)中低溫下具有很高的電導(dǎo)率,在SOFC中溫化進程中具有很大的開發(fā)前景。本文系統(tǒng)地考察了水熱制備過程中各工藝條件以及燒結(jié)溫度對SSZ微觀結(jié)構(gòu)、晶型與性能的影響。結(jié)果表明:以NaOH作為沉淀劑,可以合成粒徑為6~9n

3、m的單分散球形SSZ粉體,1500℃的燒結(jié)后陶瓷燒結(jié)體致密度達97.3％;8SSZ的電導(dǎo)率900℃為0.23S/cm、800℃為0.13S/cm,性能優(yōu)于存在β相的10SSZ和12SSZ。
　　在單元摻雜基礎(chǔ)上,對Y2O3與Al2O3、Sc2O3與Al2O3、 Y2O3與Sc2O3二元復(fù)合摻雜進行了對比研究。研究發(fā)現(xiàn),在YSZ和SSZ系統(tǒng)中摻入Al2O3以后,粉體粒徑變小,松裝密度增大,煅燒后有輕度軟團聚,其燒結(jié)性能和力學(xué)性能得到

4、提高,但其電學(xué)性能有所降低。SSZA材料斷裂強度達到265.50MPa,但其900℃時電導(dǎo)率略低于SSZ,為0.185 S/cm;YSSZ體系的電性能和力學(xué)性能介于YSZ和SSZ之間。
　　此外,還對 SSZ的成膜工藝、燒結(jié)性能和電性能進行了研究。結(jié)果表明:改進干壓工藝制備SSZ薄膜,操作簡單、成膜效率高,800℃時電導(dǎo)率測試達0.0981S/cm,但電解質(zhì)層膜與陽極易發(fā)生剝脫;水熱法制備SSZ薄膜,800℃電導(dǎo)率時達0.071S