陽極支撐體對氧化鋯電解質(zhì)薄膜燃料電池性能影響研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(Solid oxide fuel cell,簡稱SOFC)是一種清潔高效的能源系統(tǒng),同時(shí)具有燃料適用范圍廣,且對燃料純度要求較低,不需要使用貴金屬催化劑以及全固態(tài)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),因此極具應(yīng)用價(jià)值。目前SOFC研究的熱點(diǎn)是將工作溫度降到800℃以下的中低溫區(qū),這樣可以增加電池元件的穩(wěn)定性、延長電池壽命、擴(kuò)大電池材料的選擇范圍,進(jìn)而降低電池的成本,更重要的是中溫化有利于SOFC的規(guī)?；⒚裼没蜕虡I(yè)化。實(shí)現(xiàn)SOFC中溫化的關(guān)

2、鍵是制備出高性能的電解質(zhì)薄膜,這種薄膜通常是附著在多孔陽極支撐體之上的,深入開展陽極支撐體的組成、制備工藝與微結(jié)構(gòu)研究對于提高SOFC性能、推進(jìn)其實(shí)用化至關(guān)重要,因此本文主要圍繞氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)電解質(zhì)薄膜的陽極支撐體展開研究。本論文采用沉淀方法制備NiO粉體與微米級粒度的YSZ以及造孔劑混合后用干壓法制備陽極支撐體。造孔劑的加入主要是通過增大陽極的孔隙率達(dá)到優(yōu)化陽極微結(jié)構(gòu)的目的。本文研究了不同比例的活性炭、面粉以及由活性炭和面

3、粉組成的復(fù)合造孔劑的作用,仔細(xì)研究了各種造孔劑對于陽極和電池性能的影響進(jìn)而確定最合適的造孔劑及其最優(yōu)比例。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,活性炭造孔劑可以顯著地影響陽極支撐體的燒結(jié)收縮,陽極支撐體中面粉造孔劑含量的變化幾乎不引起陽極燒結(jié)收縮的變化,但可可以主要用來調(diào)節(jié)陽極的孔隙率。在此結(jié)論的基礎(chǔ)上,本論文提出同時(shí)使用面粉和活性碳組成復(fù)合造孔劑的思想,從而同時(shí)有效地調(diào)節(jié)陽極支撐體的燒結(jié)收縮和孔隙率。由所測得的陽極燒結(jié)曲線得到加入復(fù)合造孔劑的陽極中四種粉體(

4、NiO：YSZ：面粉：活性炭)的質(zhì)量比為5：5：2.5：0.5時(shí)陽極在900~1400℃的總燒結(jié)收縮是20.4%,僅比YSZ的小約0.8%,這很好地解決了陽極與電解質(zhì)的收縮匹配問題。阿基米德方法測量陽極的孔隙率為34%(還原前),滿足陽極支撐體的要求。用漿料旋涂方法在此支撐體上制備了YSZ電解質(zhì)薄膜,陰極采用Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)浸漬的La0.7Sr0.3MnO3(LSM),制備單電池,電化學(xué)測試結(jié)果表明電池的性能良好,

5、并且伏安曲線在大電流密度區(qū)沒有出現(xiàn)明顯的濃差極化,因此陽極的孔隙率很合理。單電池在700和800℃的最大功率密度分別為688和1122 mW/cm2。使用漿料旋涂方法在陽極和電解質(zhì)之間制備由NiO和YSZ(Tosoh)組成的陽極活化層,研究了不同厚度的陽極活化層對于陽極支撐體和單電池性能的影響?；罨瘜釉黾恿岁枠O的催化活性,降低了陽極與電解質(zhì)之間的界面阻抗。旋涂一層活化層的單電池在700℃的最大功率密度達(dá)到662 mW/cm2,較無活化層