阳极支撑ceo,2基固体电解质sofc的材料和工艺基础研究

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1、宴里辨学技术戈学搏士学位论文，2083粤摘要圈体氧化物燃料电邀(SOFc)是一秘裹能量转换效率、操作方便靼对环境发好豹绿色能源装置。传统的YSZ电解质支撑的s0Fc由予忘的操作温度(>900oC)导致了媳池专才料选择的困难，以及电池制造和运行成本的羼高不下。若将电池的操作温度降至中温范围(500_8000c)，则可在保持高温sOFc优点的同时，拓宽电极、连接体和管道材料的选撵范围，降低电池的制作和运行成本。而采用新型的、薄膜化的电解质材料(如掺杂Ce02，LaGa03等)则愚实现sOFc中温化的主要途径。目前

2、，阳极支撑平板式结构是中温化SOFc的主流构型设计，而低成本制作正艺则是降低电池成本，实现其市场化的关键乏一。然而，对采用掺杂ce02(DcO)电解质的新型中温纯SOFc体系来说，迄今仍有许多材辩和制作方面的基础研究课题和关键技术问题有待解决。本论文围绕着阳极支撑DCO电解质新疆中温纯sOFe汗发应糟这一主题开展研究工作。重点研究流延法箭备粥O电解质薄膜、Ni&黔c0鬻极支撑体浮膜的工艺，良毅毫解震、辩极鼢鬣成、徽缩构、靛能鞫制备方法之闽静关系；探索奄漶核，昏部件一糙粼多藩貘豹{蕊成本制作方法；获毅有效控豢l

3、多层貘形状、尺寸，优仡多髹貘微结构，提离鸯泡饿能熬材料积工艺控制要点。以是DC0电鳞震中湛s0Fe豹研究嚣发葵定材料科学襄工艺技本基础，为推进其枣场化提供技术帮实验依据。论文工佟主要包括以下几个郏分：●拓展了凝胶浇注技术在合成疑烧结活性謦Ⅱ良好电性能的DCO粉体方面的应用；采用叛颖的水慕凝胶流延工艺成功地获得了高数密度的DCO电解质膜；并通过改变粉体粒度和形貌级配_i麸一步降低了电解质流延膜的烧结致密化温度。滚廷法嚣霹戬较羝成本铡冬出太嚣积的姆瓷骥，在当裁剑备平扳式sOFc的电解蒺、羯极支撑体膜，以及PEN多

4、层膜中被广泛采用。本论文第二章对流延法制冬陶瓷膜敬材料科学墨珏工程阏题进行了谬述，势采用凝胶浇注和水綦流延结合豹一秘凝工艺一水基凝胶流延进行测各高致密度Dc0电孵质膜的试验研究。裹烧结活性的原料粉体是制各商致密度电髌质膜的关键之～。采用本实验童发展的改进的凝胶浇注工艺合成出了sm和Gd掺杂Cel02的DCo纳米粉体，该粉体压坯和水基凝胶流延生坯1450oC烧结后都可达到95％以上的致密度，其中的cco．9Gdo．10l舯(10GDc)粉体压坯和流延坯烧结体700oc的电导率可达O．OSS／cm。表明上述凝胶浇

5、注法可以大批蠢制备出其有良好烧结活性和较商电寻率的DCO粉体。珏摘要!!堕壁学技术大学博士学位论文．2003年将形貌和粒度不同的凝胶浇注和共沉淀法DcO粉体相混合，然后进行了流延制膜试验。结果表明，混合粉料的流延坯1400oC烧结即可达95％以上的相对密度，且具有良好的电性能。说明在采用流延法制备DCO电解质膜时，可以调整原料粉体的粒度(组成)和形貌级配来促进流延坯的烧结致密化。●探索了水基凝胶流延和有机浆料流延制备Ni0(Ni)／DcO阳极支撑体厚膜的工艺，为拓展中温平板式sOFC的制备方法奠定了基础；系统

6、研究了组成、粉体特性、浆料制备工艺、烧结工艺条件等对阳极支撑体烧缩行为和微结构的影响；并以缓冲溶液法合成的化学混合NiO-DCO粉体为原料制各出了微结构和电性能进一步改善的Ni0／Dc0阳极支撑体。本论文第三章在采用水基凝胶流延的同时，重点进行了有机浆料流延制备NiO／Dc0阳极支撑体的试验研究。通过对浆料流变性能等的表征，优化了浆料的组成，探索了通过多层流延或流延生坯的叠层热压来调整膜层厚度的方法。水基和有机流延NiO仍cO生坯在烧缩行为上存在差异。烧结升温模式影响烧缩行为。等温烧结模式下，生坯的快速收缩出

7、现于1100．1300oC，滞后于恒定升温速率(cHR)模式下的950-1100oC。浆料中Ni0的含量和粒度对生坯的烧结收缩也有明显的影响。因此，可以通过控制烧结制度、调整原料组成等多重途径来控制阳极的烧结收缩，这对于实现阳极和电解质多层流延膜的共烧具有重要的意义。NiO／DC0支撑体的微结构也与烧结温度、NiO(DC0)的含量、粒度、形貌密切相关；而Ni0含量对Ni／DcO阳极的微结构有不同的影响规律。对以改进的共沉淀法一缓冲溶液法所合成的化学混合Ni0．DC0粉体为原料所制备Nio仍C0阳极性能的表征显

8、示，其微结构和电学性能都较由机械混合NiO、DcO粉体所制备的阳极有所改善，证实两相混合阳极原料粉体的直接化学合成是一种性能优越、成本较低的技术路线。·探索了多条基于流延工艺的制各Ni0伍’CO阳极支撑DCo电解质双层膜的工艺路线，实现了对双层膜烧结变形和微结构的有效控制；以此构建的SOFC单电池表现出良好的电池性能。此外，将功能梯度材料的设计思想引入s0Fc的PEN多层膜中，进一步改善了多层膜的微