YSZ及YSZ-STO-YSZ三層電解質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一個對環(huán)境友好型的低污染能源轉(zhuǎn)換裝置，將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。決定SOFC性能的最主要因素是中低溫下電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率的大小，本文就降低電解質(zhì)膜的厚度及構(gòu)筑新型超晶格電解質(zhì)薄膜材料以降低電池工作溫度進行了詳細(xì)研究。利用激光脈沖沉積技術(shù)在多孔NiO-YSZ陽極基底制備YSZ薄膜及MgO(110)單晶基底制備納米級YSZ薄膜和YSZ/STO/YSZ三層超晶格電解質(zhì)薄膜，采用X射線衍射(XRD)、掃描

2、電子顯微鏡(SEM)以及交流阻抗譜等對薄膜物相、結(jié)構(gòu)、表面形貌以及電學(xué)性能等進行了表征分析。研究結(jié)果表明，基底溫度在300-600℃時，沉積在多孔NiO-YSZ陽極基底的YSZ薄膜為立方螢石結(jié)構(gòu)的多晶膜且薄膜為柱狀結(jié)構(gòu)生長，在(111)晶向上擇優(yōu)生長，電導(dǎo)率高于相同溫度下的YSZ塊狀材料。沉積在MgO(110)單晶基底的YSZ薄膜，只出現(xiàn)(220)衍射峰，薄膜表面晶粒較細(xì)小，致密性較好，YSZ薄膜的活化能為0.68eV，薄膜的電導(dǎo)率高于

3、塊狀材料電導(dǎo)率三個數(shù)量級，并且電導(dǎo)率隨著薄膜厚度的減少在逐漸增大。YSZ/STO/YSZ三層超晶格電解質(zhì)薄膜，中間夾層STO厚度不變的情況下，62nm厚的薄膜在MgO(110)單晶基底上出現(xiàn)YSZ(220)衍射峰，當(dāng)厚度達(dá)到100nm以上，薄膜出現(xiàn)YSZ(111)衍射峰，而STO一直沿著(110)取向生長，超晶格電解質(zhì)薄膜的電導(dǎo)率曲線在500℃時出現(xiàn)一個拐點，溫度低于500℃，其活化能為0.64eV，溫度高于500℃時，活化能為0.95