流延法制備固體氧化物燃料電池蜂窩體的工藝及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置,以其具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)污染、燃料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。目前,SOFC的研究正向800℃以下的中低溫方向發(fā)展,實(shí)現(xiàn)其中低溫化的主要途徑有：電解質(zhì)的薄膜化、新型高電導(dǎo)率電解質(zhì)材料的研究以及SOFC新型結(jié)構(gòu)的研究。在SOFC新型結(jié)構(gòu)的研究中,蜂窩結(jié)構(gòu)被認(rèn)為具有較好的發(fā)展前景。蜂窩式SOFC具有比表面積大,體積功率密度高；不用高溫密封和連接,結(jié)構(gòu)牢固；不用支撐元件

2、,體積小,質(zhì)量輕；電池組組裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),可促進(jìn)SOFC向中低溫化發(fā)展。 本文主要探討了流延法制備SOFC蜂窩體的工藝,主要包括以下方面： 采用流延法制備高致密度的YSZ基片,分析了影響漿料粘度的因素,對(duì)流延過(guò)程中的工藝參數(shù)和流延膜干燥過(guò)程進(jìn)行了研究,并確定了YSZ基片的排膠燒結(jié)工藝。結(jié)果表明：當(dāng)流延漿料YSZ含量為45wt.％,球磨48h,所得漿料粘度適合流延；流延速度控制在0.6cm/s,干燥溫度25℃,溶劑氣氛中干燥

3、,可以獲得高密度、表面平整光滑的生片；排膠后以1℃/min速率升溫至1350℃,保溫3h后得到的YSZ基片的相對(duì)密度可達(dá)95.2％。 以淀粉為造孔劑,采用流延法制備多孔電極。XRD分析表明：陽(yáng)極Ni-YSZ在1250℃、1300℃、1350℃下真空燒結(jié)3h后物相組成均為Ni、YSZ和少量NiO：陰極LSM-YSZ在1250和1300℃下真空燒結(jié)3h后物相組成為L(zhǎng)SM和YSZ,在1350℃燒結(jié)3h后,則出現(xiàn)了少量的La2Zr2O7

4、。隨著淀粉添加量的增加,陽(yáng)極和陰極的徑向收縮率和孔隙率都隨之增加。SEM分析表明,陽(yáng)極和陰極的孔隙分布均勻,孔徑范圍約為1～10μm。 在流延法制備YSZ基片和多孔電極的研究基礎(chǔ)上,通過(guò)卷壓、堆垛、熱合工藝將流延法制備的二維片狀薄片轉(zhuǎn)化為三維立體結(jié)構(gòu),制備SOFC蜂窩體。研究了蜂窩體的熱合和燒結(jié)工藝,并對(duì)蜂窩體進(jìn)行了微觀形貌、電子能譜和抗熱震性能測(cè)試分析。結(jié)果表明：由該方法制備的SOFC蜂窩體具有規(guī)則的形狀,通孔率高；電極與電解