固体氧化物燃料电池co

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1、固体氧化物燃料电池Co:以YSZ粉体和淀粉造孔剂为原料制备阳极支撑体膜片，经与YSZ薄层叠压、共烧得到多孔的阳极支撑体YSZ骨架/电解质薄层复合基体。研究了淀粉含量与孔隙率间的定量关系，阳极支撑体中淀粉含量为70～31nm之间。经聚乙烯吡咯烷酮-钴络合物浸渍制备的极化电阻低于硝酸钴浸渍制备的阳极的极化电阻，其单电池的输出功率密度也高于经硝酸钴浸渍制备的单电池。　　关键词：硝酸钴浸渍聚乙烯吡咯烷酮Co-YSZ阳极　　　　0引言　　中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)在国家环境、能源、国防战略上将扮演重要的角色，它适应了能源供应的安全性、多元化及长远性的需求，是一种最有前途的高效

2、、洁净发电技术，已成为世界各国研发与竞争的高新技术之一。其中的平板式固体氧化物燃料电池(pSOFC)由于比功率高，生产成本低等优点引起了普遍的关注。目前固体氧化物燃料电池（SOFC）研究的重要发展方向之一是降低SOFC的操作温度，即从传统的1000℃降至600-800℃。通过降低电池的操作温度，可增加材料的可选择性与多样性、减少SOFC电池的制备成本以及明显提高SOFC系统组成材料与部件稳定性。SOFC阳极是电子传输、燃料与传导来的O2-的反应场所，是三维方向的立体活性区域。阳极催化剂颗粒的粗大化使其电子传导X络折断等是阳极引起电池性能劣化的主要因素。研究氧化还原过程引起的微细结

3、构的变化与控制及通电状态下（特别是在大电流状态下）微细结构的变化与控制是提高阳极性能的关键。　　1实验　　1.1多孔支撑体/电解质复合基体的制备　　在聚丙烯酸（PAA）水溶液加入一定量的YSZ和淀粉（D50=6μm），超声波震荡30分钟，使浆料混合均匀，再加入粘结剂聚乙烯醇（PVA），在玛瑙研钵中充分研磨，烘干后得到多孔支撑体的粉体。称取1g制备好的多孔支撑体粉体，采用粉末压片机预压1分钟，将其与YSZ电解质薄层流延膜片叠压、保压7分钟（压力为14MPa)。得到多孔支撑体/电解质复合基体的素坯片。在1500℃共烧结4小时得到多孔支撑体/电解质复合基体（Φ=15mm），将其作为浸渍

4、制备阳极的基体，电解质厚度为30μm。　　1.2Co-YSZ阳极的制备固相　　饱和硝酸钴水溶液的配制：25℃时搅拌状态下将硝酸钴加入蒸馏水中，搅拌1小时后，使硝酸钴水溶液与固相硝酸钴二相共存（饱和浓度为3.28mol/L）；聚乙烯吡咯烷酮-钴络合物溶液的配制：搅拌状态下，在含有固相硝酸钴的水溶液（25℃）中加入定量的聚乙烯吡咯烷酮，用原子吸收光谱法对络合物溶液中的钴含量进行测定，通过计算确定聚乙烯吡咯烷酮与钴的摩尔比；分别将2个多孔支撑体/电解质复合基体（样品1和样品2）置于饱和的硝酸钴溶液和聚乙烯吡咯烷酮-硝酸钴络合物溶液中，抽真空浸渍(-0.095MPa)一段时间，阴干后在8

5、50℃煅烧使其分解。反复浸渍，通过对焙烧后的样品称重计算其浸渍量。在氢气条件下还原得到Co-YSZ阳极。在浸渍、焙烧后的多孔支撑体/电解质复合基体的电解质面涂上阴极ScSZ-LSM，得到单电池。采用CHI辰华电化学工作站在氢气条件下测试电池的电性能。　　2结果与讨论　　2.1不同的含钴溶液对阳极浸渍的影响　　本浸渍研究以淀粉含量70～31nm之间。随着R值的增加，溶液中的聚乙烯吡咯烷酮根与金属Co2+离子之间的络合程度急速增加。由于络合剂聚乙烯吡咯烷酮的位阻效应，增大了毛细管中相邻钴离子之间的距离，在浸渍后的干燥及热分解过程中，形成了疏松多孔的干凝胶。在以聚乙烯吡咯烷酮根为络合剂

6、所形成的矩阵X络中，使得在燃烧时干凝胶中的钴离子相互扩散更加困难，难于聚集在一起，结果使得晶粒尺寸减小，当聚乙烯吡咯烷酮和硝酸钴的物质的量比为1.2:1时，其生成的CoO的晶粒为7nm左右，随着聚乙烯吡咯烷酮配比的增加，CoO的晶粒尺寸趋于平缓，因此，本研究采用聚乙烯吡咯烷酮-硝酸钴的物质的量比为1.2:1的混合溶液作为浸渍溶液。本研究还注意到，在多孔的YSZ骨架支撑体表面，由于其二维曲面对CoO的晶粒生长的限制作用，在YSZ表面的沉积的CoO晶粒粒径远小于在三维体相中的CoO晶粒粒径。　　2.2不同的含钴溶液浸渍制备的阳极的电性能研究　　图4为750℃测试后的经聚乙烯吡咯烷酮-

7、硝酸钴溶液(1.2:1)浸渍阳极制备的单电池断面的SEM图。中间致密部分为25μm厚的YSZ电解质层，与电解质层紧密结合的上层和下层分别为阴极和阳极支撑体。　　图5为通H2测试后的CoO-YSZ阳极的XRD谱图，其中只有YSZ和Co的峰，表明CoO已经被彻底还原成单质Co。　　分别在650-800℃(650℃、700℃、800℃)时对单电池进行开路阻抗谱测试，测试结果如图6。可将阻抗谱分为欧姆阻抗RO和电极阻抗RE2个部分。随着测试温度的增大，单电池各部分的阻抗随之逐渐减小，欧姆