平板式固體氧化物燃料電池制備及性能研究.pdf

1、固體氧化物燃料電池(SOFC)是一個(gè)可以直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)裝置，被譽(yù)為21世紀(jì)最具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗?，它的熱效率高、燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，能很好地滿(mǎn)足區(qū)域供電、供熱的需要，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 目前，固體氧化物燃料電池的研究正向800℃以下的中低溫方向發(fā)展，在這種工作條件下可以使用低成本的金屬連接材料，還可以提高電池材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，降低電池各組分材料之間的浸蝕作用；但是，溫度的降低也會(huì)增大固體電解質(zhì)的歐姆損

2、失，使電極的極化作用增大。為減小工作溫度下固體電解質(zhì)隔膜的電阻和提高電極的催化活性，近年來(lái)的研究工作主要集中在以下兩個(gè)方面：一是研制中溫下具有高離子導(dǎo)電率的新固體電解質(zhì)材料，比如La(Sr)Ga(Mg)03或Ce02基的電解質(zhì)材料；二是采用超薄的電解質(zhì)膜以增大中低溫下電池的輸出功率密度。其中電解質(zhì)的薄膜化研究近年來(lái)在國(guó)際上受到越來(lái)越廣泛的重視。 本文在平板固體氧化物燃料電池的電極制備、單電池研制(包括高溫?zé)o機(jī)密封)和電池性能測(cè)試

3、分析方面進(jìn)行了嘗試，合成了與之相匹配的陰、陽(yáng)極材料，并在此基礎(chǔ)上組裝出了電解質(zhì)支撐平板式和陽(yáng)極支撐平板式Y(jié)SZ-Ni|YSZ|LSM固體氧化物燃料電池單電池，設(shè)計(jì)組裝了電池的氣氛控制系統(tǒng)和性能測(cè)試系統(tǒng)，以H2為燃料、空氣為氧化劑，在溫度為700～1000℃范圍內(nèi)測(cè)試了電池性能。 用XRD研究了YSZ-NiO金屬陶瓷粉末的相結(jié)構(gòu)，制得的粉末中的ZrO2均為四方相；這是因?yàn)榉磻?yīng)中生成的少量Y2O3進(jìn)入到ZrO2的晶格間隙，起到了穩(wěn)定

4、ZrO2的作用。LSM的XRD圖與非化學(xué)計(jì)量氧化物L(fēng)aMnO3.15的圖譜非常接近。 用SEM觀(guān)察了YSZ-NiO陽(yáng)極和LSM陰極的斷面形貌。結(jié)果表明，陽(yáng)極和陰極的晶粒和孔隙分布均勻，均為多孔結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極支撐式SOFC的陽(yáng)極平均厚度約為1mm，電解質(zhì)的平均厚度約為0.5mm，陰極的平均厚度約為0.15mm。電解質(zhì)層相對(duì)較為致密。定點(diǎn)電子能譜分析結(jié)果表明，陽(yáng)極—電解質(zhì)—陰極三合一結(jié)構(gòu)中各部分的元素分布正常，電解質(zhì)層有效地阻擋了陽(yáng)極和