等離子噴涂制造SOFC多孔電極的應(yīng)用研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池由于其能源利用效率高、對環(huán)境友好的綠色能源轉(zhuǎn)換裝置受到了世界各國的高度關(guān)注。與其他制造方法相比，等離子噴涂法具有不受基體材料尺寸、噴涂材料等條件限制，快速、低成本的特點，在制備SOFC部件方面具有明顯的優(yōu)勢。因此，開展的等離子噴涂法制備SOFC部件的研究，對推動固體氧化物燃料電池高效、低成本制造具有重要的意義。
　　 制約燃料電池性能及其應(yīng)用的主要因素在于PEN（陽極/電解質(zhì)/陰極）性能的好壞，而陽極與陰極對整

2、個電池起著非常重要的作用，陽極和陰極的多孔性作用主要是便于燃料氣體和氧氣擴散通過，到達三相界面，增大表面催化反應(yīng)。多孔效果的好壞也直接影響其電性能，而等離子噴涂高效、方便和不受材料限制等方面具有較高的優(yōu)勢,可以很好地用在多孔薄膜電極的制造，因此本文利用等離子噴涂技術(shù)，在如何進行陽極層造孔和提高陰極層孔隙率方面展開相關(guān)工藝實驗的研究。
　　 針對陽極層，提出采用添加活性炭粉的成孔方法，使用等離子噴涂工藝，通過調(diào)整工藝參數(shù)和相應(yīng)的后

3、處理工藝，獲得多孔電極層。并對添加可溶性鹽（工業(yè)氯化鈉和磷酸三鉀）作為造孔劑進行了初步探討，還提出了利用熱固性樹脂包覆陽極粉以期對孔隙分布進行改善的方法。電解質(zhì)層和陰極層主要是根據(jù)材料的特性通過改變工藝參數(shù)進行處理。實驗通過添加質(zhì)量比為15％的活性炭粉，與陽極粉末Ni/YSZ一起球磨，并通過一定的工藝制得符合要求的粉末，獲得含有造孔劑的噴涂粉末，經(jīng)過噴涂并加以相應(yīng)的后處理，得到了較好的孔隙率。通過掃描電鏡對得到的PEN各層的形貌、元素分

4、布及成分進行了分析，同時利用Image-Pro Plus圖像分析軟件測定所得PEN的陽極層、電解質(zhì)層和陰極層的孔隙率分別為30.2％、5.2％、39％。 另外，實驗對PEN層與層之間的結(jié)合狀態(tài)進行了初步研究。使用實驗室自制的三筒送粉器，實現(xiàn)了梯度送粉方式，達到了陽極層與電解質(zhì)層及電解質(zhì)層與陰極層之間的連續(xù)梯度過渡。過渡層厚度約為15～20μm，其優(yōu)點在于解決了層與層之間的熱膨脹系數(shù)不匹配的問題，使等離子噴涂技術(shù)更好地用于SOFC的PEN