氧化鈰電解質(zhì)薄膜制備與應(yīng)用研究.pdf

1、本論文應(yīng)用我們發(fā)明的簡(jiǎn)單，高效的漿料旋涂制膜方法，制備陽(yáng)極支撐的固體氧化物燃料電池Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)電解質(zhì)薄膜。并進(jìn)行了與SDC薄膜的制備和性能相關(guān)的一些材料，工藝和理論方面的研究。
　　采用甘氨酸硝酸鹽法制備SDC電解質(zhì)粉體。XRD測(cè)試顯示在不同溫度預(yù)燒的粉體均成立方螢石結(jié)構(gòu)。TEM和SEM結(jié)構(gòu)顯示，由于SDC樣品的粒徑較小，表面活性高因而易產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。樣品中的軟團(tuán)聚可以通過(guò)球磨處理破碎，對(duì)不同預(yù)燒溫度的樣

2、品的團(tuán)聚情況及燒結(jié)收縮性能進(jìn)行了研究。
　　比較研究的結(jié)果顯示，SDC粉體的團(tuán)聚情況對(duì)薄膜的燒結(jié)性能有明顯的影響。由于球磨后的粉體具有較高的堆積密度，使用此粉體制備的電解質(zhì)薄膜具有較好的燒結(jié)性能。為防止在共燒結(jié)過(guò)程中由于有機(jī)物揮發(fā)造成的裂紋和孔洞，每層薄膜在涂覆下一層薄膜前都經(jīng)過(guò)烘干處理。當(dāng)烘干溫度為420oC，涂覆5層時(shí)，可以成功的制備致密的表面略顯粗糙的SDC薄膜。
　　使用Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-

3、δ(BSCF)-SDC復(fù)合陰極，基于厚度約15μm的SDC薄膜的單電池獲得較好的電池性能。在600和650oC最大功率密度分別達(dá)到648和869mW/cm2。通過(guò)分析電池開(kāi)路條件下的阻抗譜，發(fā)現(xiàn)電池阻抗主要為界面阻抗的貢獻(xiàn)。界面阻抗和歐姆阻抗的活化能分別為99.49和54.30kJ/mol。
　　當(dāng)使用Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ作為陰極時(shí)，基于約18μm厚SDC薄膜的單電池在600和650oC的最高功率密度為

4、733和1085mW/cm2。對(duì)SDC電解質(zhì)薄膜的離子阻抗，電子阻抗和電池的界面阻抗進(jìn)行計(jì)算并討論。離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都隨溫度的增加而增加。650oC的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率分別為3.342×10-2和0.599×10-2S/cm。電解質(zhì)薄膜的離子遷移數(shù)隨溫度的升高而下降。分析在不同電池電壓下測(cè)得的阻抗譜，可知電池的性能受電池極化損失的影響大于歐姆損失的影響。O2流量對(duì)電池的I-V曲線(xiàn)大電流部分有明顯的影響。在O2流量為30mL/m