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文檔簡介
1、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一種直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能源轉(zhuǎn)化裝置,具有能源利用效率高,環(huán)境友好等特點受到世界各國廣泛關(guān)注。目前SOFC的主要研究在于降低其工作溫度,其中電解質(zhì)薄膜化是主要途徑。由于粉末粒徑在10~100μm,大氣等離子噴涂(Atmospheric Plasma Spray,APS)難以噴涂薄的(<30μm)組織精細(xì)的涂層,因此發(fā)展了懸浮液等離子噴涂(Suspension
2、 Plasma Spray,SPS)。懸浮液等離子噴涂將微米級顆粒的懸浮液送入等離子射流中心,制備組織精細(xì)、致密的涂層,能夠有效降低電池工作溫度。
本文提出并研究以硅片為基體,采用固/液相等離子噴涂工藝制備固體氧化物燃料電池復(fù)合電極,即依次固相送料噴涂陽極、懸浮液束流送料噴涂電解質(zhì)、固相送料噴涂陰極。主要研究內(nèi)容包含以下5個方面:
1)研究配置高度分散的、穩(wěn)定的懸浮液。高度分散的懸浮液既可以防止噴嘴堵塞,也保
3、證了電解質(zhì)涂層的均勻性。YSZ懸浮液的配置參數(shù)包含:PH值、分散劑類型和用量、懸浮液濃度等,通過對不同配比的懸浮液進(jìn)行沉淀量測試和流變性能測試,確定了懸浮液的最優(yōu)配比:水作為溶劑,YSZ固含量為20(wt%),PAA作為陰離子分散劑含量為0.39(wt%)(對溶質(zhì)質(zhì)量)氨水調(diào)節(jié)pH值,pH值為10;
2)研究液料注射方式,相關(guān)參數(shù)及束流注射對等離子射流形態(tài)的影響。用CCD實時監(jiān)測懸浮液束流與等離子射流形態(tài),分析了影響液滴與
4、射流形態(tài)的參數(shù),包含噴嘴孔徑,注射氣壓、噴涂功率等,結(jié)果表明在單流體噴嘴孔徑為0.3mm,噴涂電流600A,噴涂功率為33Kw的條件下,注射氣壓為0.25MPa時射流形態(tài)最佳;
3)研究噴涂距離對懸浮液等離子噴涂電解質(zhì)涂層形貌及沉積效率的影響。結(jié)果表明噴涂距離是影響電解質(zhì)涂層形貌、沉積效率和孔隙率的關(guān)鍵參數(shù)。噴涂電流600A,功率33Kw的條件下噴涂距離為60mm時有較高的沉積效率(0.25μm /道);
4
5、)研究了提高陽極層和陰極層孔隙方案的措施,即通過改變噴涂角度、提高噴涂掃描速度和添加造孔劑三個方面提高孔隙。實驗結(jié)果表明,采用改進(jìn)措施前后的陽極層的孔隙率分別約為19.4和28.7%,陰極層的孔隙率分別約為20.3%和32.6%.
5)用掃描電鏡和能譜分析對復(fù)合電極微觀組織和成分進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:陽極層、電解質(zhì)層和陰極層的平均厚度分別約為20、25、40μm,懸浮液束流送料等離子噴涂可以制備薄的(25μm)、組織粒度精
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