中低溫SOFC微納結構化電極的制備及性能研究.pdf

1、實現(xiàn)中低溫工作并且采用碳氫氣體作為燃料是固體氧化物然燃料電池(SOFC)的發(fā)展趨勢。阻礙其發(fā)展的問題在于中低溫下電池阻抗大大增加,碳氫氣體作為燃料時陽極大量積碳。要解決這兩個問題的有效手段之一是對電極微觀結構進行優(yōu)化。本文在以Sm摻雜CeO2(SDC)作為電解質的陽極支撐型SOFC中引入微納結構,以提高其中低溫下的電化學性能和抗積碳能力。主要內容如下:
　　 采用懸浮液旋涂法制得兼具孔徑梯度和成分梯度的微納結構化陰極。結果表明:

2、此種陰極具有200 nm左右的顆粒組成的多孔微納結構。陰極薄膜外層具有0.3～0.8μm的大孔,內層具有0.1～0.3μm的小孔。外層富含電子導體SSC,內層富含離子導體SDC。在交界處,則形成復合薄層。間隔性的旋涂、低溫熱處理對于形成此種梯度結構非常關鍵。具有此種梯度陰極的單電池在600℃下以H2作為燃料測得的最大功率密度為300 mW·cm-2,比非梯度陰極增加13.3％。
　　 分別采用PS微球、PMMA微球和淀粉微球三種

3、高分子作為模板,制得支撐型多孔Ni-Cu合金基陽極。結果表明:只有采用PS微球作為模板時,才使得制得的陽極具備大孔小孔相互連通的微納結構。陽極粉末與PS微球之間的高度親和性使得納米陽極粉末均勻包覆于單個PS球表面,壓制燒結后形成微納結構化多孔框架。其中以直徑為735nm的PS微球作為模板制得的優(yōu)化陽極的比表面積為1.50 m2/g,孔隙率為51.4％。
　　 以多孔Ni0.95Cu0.05/SDC金屬陶瓷作為前驅框架,濕法注入硝

4、酸銅溶液并高溫還原,制得具有納米點的Cu/Ni0.95Cu0.05/SDC陽極。結果表明:這種納米點主要選擇性分布于Ni0.95Cu0.05顆粒上,為富Cu的Cu-Ni合金相,大小為10～50 nm。納米點的量可以通過注入次數(shù)來調控。
　　 積碳測試結果表明:Cu/Ni0.95Cu0.05/SDC陽極中由于富Cu納米點存在使得積碳得到明顯的抑制。并且隨著注入次數(shù)增加,抗積碳能力增強。當注入次數(shù)達到4次,強化工作2 h后的積碳量只