氧化釤穩(wěn)定氧化鈰電解質(zhì)材料的制備及在陽極支撐型SOFCs中的應用.pdf

1、傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池由于工作溫度較高(1000℃)，在實際應用中存在諸多問題。例如，電池本身的使用壽命較短、連接材料和密封材料的可選擇范圍小等，這些問題直接導致其制造成本高和熱循環(huán)可靠性低的結果。使用新材料新工藝降低燃料電池的工作溫度，將從根本上解決這些問題。另一方面，將單電池尺寸擴大化可以有效提高電堆輸出功率和降低制造成本，更符合商業(yè)化要求。
　　 在本文中，使用立方螢石結構Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)作為低溫固

2、體氧化物燃料電池的電解質(zhì)材料，并詳細討論了其電化學性能。采用不同的方法制備出三種具有不同微觀形貌的SDC粉體，其中草酸鹽共沉淀法制備的SDC粉體顆粒呈現(xiàn)棒狀結構，平均長度小于5μm橫截面直徑小于1μm；使用碳酸鈉為沉淀劑制備的SDC粉體顆粒為均勻的球狀顆粒，平均直徑在100nm左右；通過甘氨酸燃燒法制得的SDC粉體呈現(xiàn)出蓬松的海面網(wǎng)狀結構。經(jīng)測試，三者的電導率相近，電導活化能分別為0.69 eV、0.58 eV和0.59 eV。根據(jù)它們

3、不同的微觀形貌結合電池各層的不同要求，將它們分別應用于單電池的陽極、電解質(zhì)和陰極的制備材料中，以滿足各層不同的物化要求。
　　 陽極支撐體選用易于批量生產(chǎn)的流延法進行制備，其原料選用NiO與草酸鹽共沉淀法制備的SDC根據(jù)質(zhì)量比1:1進行混合后的粉體。選用此種方法制備SDC粉體，是因為其棒狀結構有利于制備具有多孔結構且需要有較高支撐強度的陽極支撐體。通過對溶劑、分散劑、粘結劑和增塑劑的配比實驗，成功配置出兩種具有良好分散性、穩(wěn)定性

4、且素坯干燥后平整無缺陷并塑性適當?shù)牧餮訚{料。素坯煅燒后，得到平整無缺陷厚度在1～1.5mm最大支撐強度達91.71MPa的陽極支撐體。陽極支撐體的制備過程用料價格低廉、制備過程無毒無污染。
　　 在固體氧化物燃料電池研究中發(fā)現(xiàn)，降低電解質(zhì)層的厚度是提高其電導率的有效途徑。本文中使用絲網(wǎng)印刷方法在陽極支撐體素坯上制備電解質(zhì)薄膜層，選用碳酸鈉共沉淀法制備的SDC粉體作為電解質(zhì)材料。與使用其他兩種方法制備的SDC粉體相比，使用此種方法

5、制備的粉體更有利于絲網(wǎng)印刷過程中漿料的密堆積和高溫煅燒時電解質(zhì)薄膜層的致密化。絲網(wǎng)漿料使用Swt.％的乙基纖維素為粘結劑，配合使用適量的松油醇為溶劑。經(jīng)過1350℃煅燒10h后得到陽極支撐體/電解質(zhì)薄膜層雙層結構。煅燒后直徑達70mm，平整無缺陷，其中陽極支撐體具有多孔結構，電解質(zhì)薄膜層致密且厚度僅為12μm。
　　 在制備出的雙層結構半電池的電解質(zhì)側絲網(wǎng)印刷陰極層。陰極材料為均使用甘氨酸燃燒法制備的La0.5Sr0.5Co0.

6、8Fe0.2O3粉體和SDC粉體的混合物，二者質(zhì)量比為6:4。加入10wt.%乙基纖維素為粘結劑和適量的松油醇為溶劑配置漿料進行絲網(wǎng)印刷。900℃煅燒4小時得到直徑為70 mm的平板式陽極支撐型固體氧化物燃料電池單體。在使用H2為燃料，空氣為氧化劑條件下，600℃時開路電壓0.94 V，最大功率密度797 mW·cm-2。
　　 為了更有效的提高低溫固體氧化物燃料電池的性能，新型電解質(zhì)材料一直都是研究領域中的重點。本文初步研究了