陽極支撐CeO-,2-基固體電解質SOFC的材料和工藝基礎研究.pdf

1、中國科學技術大學博士學位論文陽極支撐CeO基固體電解質SOFC的材料和工藝基礎研究姓名：程繼貴申請學位級別：博士專業(yè)：材料物理與化學指導教師：孟廣耀2003.5.1摘要 ! ! 墮壁學技術大學博士學位論文．2 0 0 3 年將形貌和粒度不同的凝膠澆注和共沉淀法D c O 粉體相混合，然后進行了流延制膜試驗。結果表明，混合粉料的流延坯1 4 0 0o C 燒結即可達9 5 ％以上的相對密度，且具有良好的電性能。說明在采用流延法制備D C

2、O 電解質膜時，可以調整原料粉體的粒度( 組成) 和形貌級配來促進流延坯的燒結致密化?！裉剿髁怂z流延和有機漿料流延制備N i 0 ( N i ) ／D c O 陽極支撐體厚膜的工藝，為拓展中溫平板式s O F C 的制備方法奠定了基礎；系統(tǒng)研究了組成、粉體特性、漿料制備工藝、燒結工藝條件等對陽極支撐體燒縮行為和微結構的影響；并以緩沖溶液法合成的化學混合N i O - D C O 粉體為原料制各出了微結構和電性能進一步改善的N i

3、0 ／D c 0 陽極支撐體。本論文第三章在采用水基凝膠流延的同時，重點進行了有機漿料流延制備N i O ／D c 0 陽極支撐體的試驗研究。通過對漿料流變性能等的表征，優(yōu)化了漿料的組成，探索了通過多層流延或流延生坯的疊層熱壓來調整膜層厚度的方法。水基和有機流延N i O 仍c O 生坯在燒縮行為上存在差異。燒結升溫模式影響燒縮行為。等溫燒結模式下，生坯的快速收縮出現(xiàn)于1 1 0 0 ．1 3 0 0o C ，滯后于恒定升溫速率( c

4、H R ) 模式下的9 5 0 - 1 1 0 0 o C 。漿料中N i 0 的含量和粒度對生坯的燒結收縮也有明顯的影響。因此，可以通過控制燒結制度、調整原料組成等多重途徑來控制陽極的燒結收縮，這對于實現(xiàn)陽極和電解質多層流延膜的共燒具有重要的意義。N i O ／D C 0 支撐體的微結構也與燒結溫度、N i O ( D C 0 ) 的含量、粒度、形貌密切相關；而N i 0 含量對N i ／D c O 陽極的微結構有不同的影響規(guī)律。對以

5、改進的共沉淀法一緩沖溶液法所合成的化學混合N i 0 ．D C 0 粉體為原料所制備N i o 仍C 0 陽極性能的表征顯示，其微結構和電學性能都較由機械混合N i O 、D c O 粉體所制備的陽極有所改善，證實兩相混合陽極原料粉體的直接化學合成是一種性能優(yōu)越、成本較低的技術路線。·探索了多條基于流延工藝的制各N i 0 伍’C O 陽極支撐D C o 電解質雙層膜的工藝路線，實現(xiàn)了對雙層膜燒結變形和微結構的有效控制；以此構

6、建的S O F C 單電池表現(xiàn)出良好的電池性能。此外，將功能梯度材料的設計思想引入s 0 F c 的P E N多層膜中，進一步改善了多層膜的微結構和電池性能。在前兩章工作的基礎上，本論文第四章進行了制備D C O 電解質中溫s 0 F c之P E N 多層膜的試驗研究，并通過以下三條工藝路線成功獲得了P E N 多層膜：( 1 ) 水基多層流延．共燒制備陽極．電解質雙層膜，絲網(wǎng)印刷制作陰極層；( 2 ) 有機流延．疊層熱壓．共燒制備陽極