Bi2O3摻雜多孔Ni-YSZ陽極和電解質(zhì)薄膜的制備及結(jié)構(gòu)表征.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell，SOFC)是一種全固態(tài)電化學(xué)發(fā)電裝置，因高效、清潔、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，應(yīng)用前景廣闊。但其過高的操作溫度引發(fā)諸多問題，如電解質(zhì)和電極間的界面擴(kuò)散、熱膨脹不匹配等，從而降低了SOFC的工作效率和使用壽命。常用的改善方法就是采用陽極支撐型SOFC結(jié)構(gòu)，陽極支撐體厚度比電解質(zhì)和陰極大很多，因此陽極的化學(xué)組成和孔隙結(jié)構(gòu)很大程度上決定著SOFC電化學(xué)性能和物理性

2、能的好壞。對(duì)于高質(zhì)量陽極而言，要保證高電化學(xué)活性、高電導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度，陽極的孔隙結(jié)構(gòu)極為重要。添加造孔劑作為優(yōu)化陽極微觀結(jié)構(gòu)的常用方法之一，有效、簡(jiǎn)單、易行，但造孔劑種類、粒徑大小、添加量的選擇尤為重要。
　　本文主要對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行分析探討:Bi2O3摻雜對(duì)NiO/YSZ（氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）陶瓷低溫?zé)Y(jié)性能的影響;造孔劑種類，含量等因素對(duì)NiO/YSZ陶瓷孔隙結(jié)構(gòu)及性能的影響;利用溶膠凝膠法一步實(shí)現(xiàn)YSZ電解質(zhì)薄膜的制備。

3、
　　Bi2O3摻雜可以顯著提高NiO/YSZ的燒結(jié)性能，最佳Bi2O3含量和燒結(jié)溫度的匹配點(diǎn)為:Bi2O3含量為6wt％，燒結(jié)溫度在1250℃。此最佳匹配點(diǎn)線收縮率為19.12％，相對(duì)密度達(dá)到93.41％，開氣孔率低至3.28％，內(nèi)部及表面均無擴(kuò)展裂紋。彎曲強(qiáng)度達(dá)到71.96MPa，抗熱震性優(yōu)于1400℃燒結(jié)0wt％Bi2O3試樣。
　　選擇可溶性淀粉、石墨和活性炭做造孔劑。研究發(fā)現(xiàn)造孔劑含量越多，開氣孔率越大;造孔劑粒徑

4、越小，氣孔率越低。相同含量造孔劑，活性炭的造孔效率最高，可溶性淀粉次之，石墨最小;含量為10wt％時(shí)，活性炭的開氣孔率達(dá)到了33.25％，淀粉為27.03％，石墨最小為23.92％，還原后三種造孔劑開氣孔率均提高13％左右，均達(dá)到了35％以上，滿足SOFC對(duì)陽極材料氣孔率的要求。三種造孔劑中，活性炭產(chǎn)生的孔隙結(jié)構(gòu)最好，孔形狀主要為長(zhǎng)條形的棒狀孔，分布均勻，孔隙之間有交叉，連通性更好，氣體的傳輸效率高，內(nèi)阻小。6wt％Bi2O3含量低溫制

5、備NiO/YSZ陶瓷同1400℃無摻雜的NiO/YSZ陶瓷相比，彎曲強(qiáng)度基本相同，但抗熱震性能提高?；钚蕴刻砑又螅瑥?qiáng)度降低，抗熱震性能進(jìn)一步提高。添加10wt％活性炭時(shí)，彎曲強(qiáng)度24.91MPa，抗熱震12次表面無微裂紋。
　　選用Y(NO3)3·6H2O和ZrOCl2·8H2O作原料，乙二醇甲醚做溶劑配制透明旋涂溶膠，Si基底上成功制備了YSZ電解質(zhì)薄膜。1000℃燒結(jié)得到的YSZ電解質(zhì)薄膜致密度好，無針孔、裂紋等缺陷，厚度均