陰極支撐固體氧化物燃料電池的相轉(zhuǎn)化制備與性能研究.pdf

1、人類社會發(fā)展過程中大量的化石能源消耗導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問題，發(fā)展清潔高效的新型能源成為當(dāng)前各領(lǐng)域科學(xué)研究的熱點。固體氧化物燃料電池(SOFC)作為一種全固態(tài)的能量轉(zhuǎn)化裝置，因其所具備的清潔，高效(60％-80％)且燃料適應(yīng)性強(qiáng)的特點而受到越來越多的關(guān)注。
　　目前SOFC的單電池結(jié)構(gòu)一般采用電極支撐的設(shè)計以降低電池的制作成本和使用溫度。其中陰極支撐的固體氧化物燃料電池較之于陽極支撐的固體氧化物燃料電池在電化學(xué)性能上表現(xiàn)略差，但在運(yùn)行

2、過程中擁有更高的穩(wěn)定性。提高陰極支撐固體氧化物燃料電池的性能，除對電解質(zhì)和電極材料進(jìn)行改進(jìn)外，對電極支撐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也十分重要。本論文通過相轉(zhuǎn)化流延技術(shù)(phase inversion tape-casting)對陰極支撐固體氧化物燃料電池的支撐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并對優(yōu)化后的電池性能進(jìn)行了研究。
　　論文第一章首先介紹了SOFC的研究背景和工作原理以及關(guān)鍵組成部件，同時對陰極支撐固體氧化物燃料電池的特點和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并提

3、出了本論文的研究目標(biāo)和研究方法。
　　第二章首先使用相轉(zhuǎn)化流延技術(shù)制備具有開放直孔結(jié)構(gòu)的La0.8Sr0.2MnO3-δ-Y0.15Zr0.85O2-δ(LSM-YSZ)陰極支撐體，并與使用傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)化技術(shù)所制備的LSM-YSZ陰極支撐體進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能上的對比，發(fā)現(xiàn)兩種支撐體在具備相同的孔隙率時，相轉(zhuǎn)化流延法制備的樣品擁有更高的透氣性。之后在兩種不同的陰極支撐體上使用浸漬涂覆(dip-coating)和絲網(wǎng)印刷(screen pri

4、nting)的方法分別制備YSZ電解質(zhì)層以及NiO-YSZ陽極層，制得LSM-YSZ|YSZ|NiO-YSZ單電池。以H2作為燃料氣并以空氣作為氧化劑，測試兩種單電池在不同溫度下的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)使用相轉(zhuǎn)化流延法所制備的電池性能(362mW cm-2850℃)要優(yōu)于傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)化法所制備的電池性能(149mW cm-2850℃)，證明了可以通過優(yōu)化電極支撐體的結(jié)構(gòu)來提高陰極支撐SOFC的性能。最后在800℃下對兩種電池在不同水分壓下的電解性

5、能進(jìn)行對比測試。
　　為進(jìn)一步降低陰極支撐固體氧化物燃料電池的運(yùn)行溫度，第三章使用相轉(zhuǎn)化流延技術(shù)制備了La0.6Sr0.4FeO3-δ-Gd0.1Ce0.9O1.95-δ(LSF-GDC)陰極基底，并同樣使用浸漬涂覆(dip-coating)和絲網(wǎng)印刷(screen printing)的方法分別制備GDC電解質(zhì)層以及NiO-GDC陽極層，將制得的單電池在H2和空氣氣氛下進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)在中低溫區(qū)間下的電化學(xué)性能要明顯高于LSM-YS