流延和噴霧技術(shù)在制備陰極支撐固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效、潔凈地將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，對(duì)幫助解決當(dāng)今社會(huì)的能源和環(huán)境問(wèn)題有重要意義。降低操作溫度有利于SOFC的實(shí)用化并減少成本，其中電解質(zhì)的薄膜化是主要的研究方向，關(guān)鍵技術(shù)在于制各較大面積、機(jī)械強(qiáng)度高、電化學(xué)性能良好的多孔電極以支撐薄層電解質(zhì)。電極支撐結(jié)構(gòu)的SOFC分為陽(yáng)極支撐和陰極支撐，本文通過(guò)流延成型工藝制備多孔陰極支撐體，對(duì)涉及到的粉體選擇和制備、流延工藝參數(shù)、燒結(jié)過(guò)程、電化學(xué)性能和

2、微觀結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行了初步研究。
　　 陰極支撐體的性能主要體現(xiàn)在機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)性能兩個(gè)方面，在LSM陰極材料中摻入一定量的YSZ有利于提高支撐體的強(qiáng)度和匹配電解質(zhì)層的熱膨脹系數(shù)；通過(guò)測(cè)試不同質(zhì)量比的LSMIYSZ復(fù)合陰極電化學(xué)阻抗譜和流延支撐體電導(dǎo)率衡量陰極的極化性能，綜合考慮下選擇流延制備質(zhì)量比為1:1的LSMIYSZ復(fù)合陰極支撐體。
　　 流延過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了漿料配制、除氣條件、刀口高度、襯底速度、干燥時(shí)間、溫

3、度和相對(duì)濕度等參數(shù)，可以一次制各大面積、均勻厚度的陰極支撐體生坯薄層；討論了生坯的燒結(jié)工藝，通過(guò)棚式燒結(jié)得到了表面平整無(wú)變形的燒結(jié)體；通過(guò)SEM分析了不同造孔劑和燒結(jié)溫度對(duì)陰極支撐體微觀形貌地影響。
　　 噴霧法是一種低成本的物理成膜方法，為改善陰極的微觀形貌和性能，本文通過(guò)噴霧法制各陰極功能層，并簡(jiǎn)單分析了漿料配比對(duì)噴霧成膜的影響。分別通過(guò)磁控濺射和噴霧制備了電解質(zhì)層，絲網(wǎng)印刷制備陽(yáng)極層，對(duì)2種方法制備的單電池進(jìn)行測(cè)試，磁控濺

4、射未能得到致密度高的電解質(zhì)層，電池在800℃的功率密度不足50mW/cm2;噴霧制備了致密的電解質(zhì)層，800℃的開(kāi)路電壓穩(wěn)定高于1.0V，電池的功率密度110 mW/cm2。通過(guò)對(duì)電池I-V曲線和阻抗譜的分析，電池功率密度低的原因在于陰極的極化電阻過(guò)大。
　　 為了提高單電池的功率密度，本文從改善陰極性能出發(fā)，嘗試通過(guò)改變復(fù)合陰極功能層、預(yù)燒村底噴霧電解質(zhì)共燒、在陰極和電解質(zhì)界面引入隔絕層等方法提高陰極支撐單電池的輸出功率，總結(jié)