漿料旋涂法制備陽(yáng)極支撐型固體氧化物燃料電池的研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,簡(jiǎn)稱(chēng)SOFC)是一種把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為直流電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)換裝置,具有清潔無(wú)污染、能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn),因而極具商業(yè)應(yīng)用潛力。實(shí)現(xiàn)工作溫度的中低溫化是目前平板式 SOFC的發(fā)展趨勢(shì)。降低電池的極化損失是保證電池在中溫區(qū)仍能獲得較高輸出功率的關(guān)鍵。極化包括電極的活化極化、濃差極化以及電解質(zhì)的歐姆極化。
　　首先研究造孔劑種類(lèi)及含量對(duì)陽(yáng)極支撐體性能的影響。

2、通過(guò)造孔劑的加入來(lái)增大陽(yáng)極的孔隙率以改善陽(yáng)極支撐體的微結(jié)構(gòu),降低陽(yáng)極的濃差極化。實(shí)驗(yàn)采用不同種類(lèi)及含量的造孔劑與NiO、8YSZ粉體混合后干壓燒結(jié)的辦法制備陽(yáng)極支撐體。研究對(duì)比淀粉、片狀石墨以及球形石墨三種造孔劑對(duì)陽(yáng)極微結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加20wt％的微米球形石墨可以使孔隙率達(dá)到33%(還原前),并且對(duì)陽(yáng)極支撐體的燒結(jié)收縮影響顯著,滿(mǎn)足陽(yáng)極支撐體的要求。
　　其次制備陽(yáng)極梯度功能層(AGFLs),實(shí)行材料組分、粒度和孔隙

3、率在陽(yáng)極內(nèi)部的梯度分布,擴(kuò)大三相反應(yīng)區(qū),增加陽(yáng)極的催化活性,從而降低陽(yáng)極的極化阻抗。重點(diǎn)采用浸漬涂敷法和漿料旋涂法多孔膜技術(shù)分別制備陽(yáng)極梯度功能層并作對(duì)比。其中漿料旋涂法制備的 AGFLs厚度更加均勻,表面更加平整,層與層之間的結(jié)合更加緊密。采用漿料旋涂法致密膜技術(shù)制備YSZ薄膜,將其附著在陽(yáng)極基體上,得到厚度適中的電解質(zhì)薄膜并分析其與陽(yáng)極基體的結(jié)合情況。
　　采用漿料旋涂法多孔膜技術(shù)制備 LSM-YSZ復(fù)合陰極薄膜,研究工藝參數(shù)

4、對(duì)薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)粘結(jié)劑、漿料的滴加量、旋涂轉(zhuǎn)速以及后繼的燒結(jié)溫度等方面來(lái)優(yōu)化陰極表觀形貌和微結(jié)構(gòu)。探索合適的工藝參數(shù),通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)最佳化漿料配比。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析看,當(dāng)漿料的乙基纖維素含量為2.5wt%,旋涂漿料3滴,轉(zhuǎn)速大于6000r/s,燒結(jié)溫度為1000℃是一個(gè)較為優(yōu)化的結(jié)果。
　　由此,本論文從陽(yáng)極支撐層孔隙率,陽(yáng)極梯度功能層和復(fù)合陰極分別優(yōu)化以降低陽(yáng)極和陰極的極化損失,為研制出高能量密度的SOFC打下基礎(chǔ)