磁控濺射法制備YSZ電解質(zhì)薄膜及其在SOFC中的應用.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種全固態(tài)、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，由于自身特有的優(yōu)點被認為是21世紀最有效的發(fā)電系統(tǒng)之一。目前研究的重點是開發(fā)可在中低溫(600℃~800℃)區(qū)域工作的SOFC，為了保證電池良好的輸出性能，Y2O3穩(wěn)定的ZrO2(YSZ)電解質(zhì)的薄膜化制備是一種非常有前景的技術(shù)路線。
　　本文采用射頻磁控濺射法制備YSZ電解質(zhì)薄膜，研究了濺射過程中關(guān)鍵工藝參數(shù)對薄膜性能的影響。實驗過程中主要通過對薄膜微觀形貌、沉積速

2、率以及組裝單體電池性能的表征來優(yōu)化工藝。確定的最佳工藝參數(shù)：沉積時間為35h，工作氣壓為0.75Pa，射頻功率為350W，基體溫度為600℃。采用優(yōu)化后的濺射工藝獲得的YSZ電解質(zhì)薄膜再1400℃熱處理2h，其厚度約為9μm，致密度高，與陽極基體結(jié)合緊密。組裝單體電池，其開路電壓可達到1.03V；電池在750℃、800℃和850℃時最大功率密度分別為570mW·cm-2、831mW·cm-2和1200mW·cm-2。
　　另外研究

3、了陽極基體對濺射制備YSZ電解質(zhì)薄膜性能以及電池性能的影響。發(fā)現(xiàn)壓片法制備的陽極預燒溫度為1300℃時，片子的平整度和YSZ薄膜致密性較好，電池在800℃下的開路電壓和最大功率密度分別為1.08V和834mW·cm-2；相對于壓片法，采用流延法制備的陽極基體，顆粒分布均一，結(jié)構(gòu)精細，催化活性高，電池的放電性能和穩(wěn)定性較好，電池在800℃下的最大功率密度為1009mW·cm-2，運行10h基本無衰減。采用流延法燒制了70mm×70mm平整