等離子噴涂制造SOFC多孔電極的應(yīng)用研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池由于其能源利用效率高、對(duì)環(huán)境友好的綠色能源轉(zhuǎn)換裝置受到了世界各國(guó)的高度關(guān)注。與其他制造方法相比，等離子噴涂法具有不受基體材料尺寸、噴涂材料等條件限制，快速、低成本的特點(diǎn)，在制備SOFC部件方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，開展的等離子噴涂法制備SOFC部件的研究，對(duì)推動(dòng)固體氧化物燃料電池高效、低成本制造具有重要的意義。
　　 制約燃料電池性能及其應(yīng)用的主要因素在于PEN（陽(yáng)極/電解質(zhì)/陰極）性能的好壞，而陽(yáng)極與陰極對(duì)整

2、個(gè)電池起著非常重要的作用，陽(yáng)極和陰極的多孔性作用主要是便于燃料氣體和氧氣擴(kuò)散通過(guò)，到達(dá)三相界面，增大表面催化反應(yīng)。多孔效果的好壞也直接影響其電性能，而等離子噴涂高效、方便和不受材料限制等方面具有較高的優(yōu)勢(shì),可以很好地用在多孔薄膜電極的制造，因此本文利用等離子噴涂技術(shù)，在如何進(jìn)行陽(yáng)極層造孔和提高陰極層孔隙率方面展開相關(guān)工藝實(shí)驗(yàn)的研究。
　　 針對(duì)陽(yáng)極層，提出采用添加活性炭粉的成孔方法，使用等離子噴涂工藝，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)和相應(yīng)的后

3、處理工藝，獲得多孔電極層。并對(duì)添加可溶性鹽（工業(yè)氯化鈉和磷酸三鉀）作為造孔劑進(jìn)行了初步探討，還提出了利用熱固性樹脂包覆陽(yáng)極粉以期對(duì)孔隙分布進(jìn)行改善的方法。電解質(zhì)層和陰極層主要是根據(jù)材料的特性通過(guò)改變工藝參數(shù)進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)通過(guò)添加質(zhì)量比為15％的活性炭粉，與陽(yáng)極粉末Ni/YSZ一起球磨，并通過(guò)一定的工藝制得符合要求的粉末，獲得含有造孔劑的噴涂粉末，經(jīng)過(guò)噴涂并加以相應(yīng)的后處理，得到了較好的孔隙率。通過(guò)掃描電鏡對(duì)得到的PEN各層的形貌、元素分

4、布及成分進(jìn)行了分析，同時(shí)利用Image-Pro Plus圖像分析軟件測(cè)定所得PEN的陽(yáng)極層、電解質(zhì)層和陰極層的孔隙率分別為30.2％、5.2％、39％。 另外，實(shí)驗(yàn)對(duì)PEN層與層之間的結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行了初步研究。使用實(shí)驗(yàn)室自制的三筒送粉器，實(shí)現(xiàn)了梯度送粉方式，達(dá)到了陽(yáng)極層與電解質(zhì)層及電解質(zhì)層與陰極層之間的連續(xù)梯度過(guò)渡。過(guò)渡層厚度約為15～20μm，其優(yōu)點(diǎn)在于解決了層與層之間的熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，使等離子噴涂技術(shù)更好地用于SOFC的PEN