多孔陶瓷支撐型固體氧化物燃料電池研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種新型的全固態(tài)能量轉換裝置，具有能量轉換效率高、低污染等優(yōu)點，越來越受到研究者的重視。本論文的主要研究工作是多孔陶瓷支撐型管式 SOFC的制備與性能研究，開發(fā)了低成本的用于制備多孔陶瓷管的注漿成型技術，在此基礎上成功制備了單電池及電堆，并對其電化學性能進行研究，為以后制備高性能的電池打下基礎。
　　本論文采用注漿成型法制備了PSZ(3mol％Y2O3穩(wěn)定的ZrO2)多孔支撐管。使用有機造孔劑木薯粉

2、制備漿料并進行注漿時，由于木薯粉顆粒較大，使得注漿制備的支撐管容易產生缺陷，制備較高孔隙率支撐管時成功率較低。以 NiO為造孔劑制備高固相含量的懸浮液作為注漿漿料，克服了使用木薯粉注漿制備多孔支撐管成功率低的缺點，并通過研究漿料穩(wěn)定性確定了漿料的最佳組成為：粉料-PSZ10g，造孔劑-NiO10～12g，分散劑-阿拉伯樹膠2.5g，溶劑-水20g。制備的支撐管生坯經過1100°C燒結并酸洗Ni后得到機械強度高，孔隙率為30%~40%的多

3、孔支撐管。通過SEM可以看到，經過酸洗Ni后制備的支撐管，其孔徑小，分布均勻，有利于氣體的擴散。
　　采用浸漬法在多孔支撐管體上制備了NiO/YSZ陽極層與YSZ電解質膜，陽極層在每次浸漬后經過400°C處理。1400°C燒結后陽極厚度約為80μm，電解質膜厚度約為20μm。使用LSM（浸漬SDC）作為陰極，經過1100°C燒結制備了單電池并進行電化學性能測試。在測試條件為700°C，H2流量為100sccm時，電池開路電壓（OC

4、V）可達1V左右，最大功率密度為89mWcm-2。通過SEM分析，YSZ電解質膜非常致密，但陽極中出現(xiàn)分層，影響了陽極微觀結構，陽極的電化學性能成為限制電池輸出的關鍵因素。
　　為改善陽極微結構，在陽極漿料中不加入造孔劑，并將陽極層浸漬后在空氣中進行自然干燥處理。制備的單電池在700°C和800°C，H2流量為100sccm時，電池開路電壓分別為1V和0.97V，最大功率密度分別達到345mWcm-2和494 mWcm-2。