氧化釤穩(wěn)定氧化鈰電解質(zhì)材料的制備及在陽(yáng)極支撐型SOFCs中的應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中存在諸多問(wèn)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(wèn)題直接導(dǎo)致其制造成本高和熱循環(huán)可靠性低的結(jié)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(wèn)題。另一方面，將單電池尺寸擴(kuò)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(jié)構(gòu)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(xì)討論了其電化學(xué)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(jié)構(gòu)，平均長(zhǎng)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(guò)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(jié)構(gòu)。經(jīng)測(cè)試，三者的電導(dǎo)率相近，電導(dǎo)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(jié)合電池各層的不同要求，將它們分別應(yīng)用于單電池的陽(yáng)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(yáng)極支撐體選用易于批量生產(chǎn)的流延法進(jìn)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(jìn)行混合后的粉體。選用此種方法制備SDC粉體，是因?yàn)槠浒魻罱Y(jié)構(gòu)有利于制備具有多孔結(jié)構(gòu)且需要有較高支撐強(qiáng)度的陽(yáng)極支撐體。通過(guò)對(duì)溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑的配比實(shí)驗(yàn)，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(wú)缺陷并塑性適當(dāng)?shù)牧餮訚{料。素坯煅燒后，得到平整無(wú)缺陷厚度在1～1.5mm最大支撐強(qiáng)度達(dá)91.71MPa的陽(yáng)極支撐體。陽(yáng)極支撐體的制備過(guò)程用料價(jià)格低廉、制備過(guò)程無(wú)毒無(wú)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(dǎo)率的有效途徑。本文中使用絲網(wǎng)印刷方法在陽(yáng)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(guò)程中漿料的密堆積和高溫煅燒時(shí)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(jié)劑，配合使用適量的松油醇為溶劑。經(jīng)過(guò)1350℃煅燒10h后得到陽(yáng)極支撐體/電解質(zhì)薄膜層雙層結(jié)構(gòu)。煅燒后直徑達(dá)70mm，平整無(wú)缺陷，其中陽(yáng)極支撐體具有多孔結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)薄膜層致密且厚度僅為12μm。
　　 在制備出的雙層結(jié)構(gòu)半電池的電解質(zhì)側(cè)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(jié)劑和適量的松油醇為溶劑配置漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。900℃煅燒4小時(shí)得到直徑為70 mm的平板式陽(yáng)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(shí)開(kāi)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(lǐng)域中的重點(diǎn)。本文初步研究了