浸渍流延法制备SOFC多孔支架的工艺及性能研究硕士论

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1、摘要论文题目：浸渍．流延法制各SOFC多孔支架的工艺及性能研究学科专业：材料科学与工程研究生：陈勇指导老师：赵康教授摘要签名：签名：名L谗固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能直接转变成电能的发电装置，以其具有能量转换效率高、无污染、燃料范围广等优点而倍受关注。SOFC的研究正向800℃以下的中低温方向发展，SOFC新型结构的研究是实现SOFC低温化的主要途径之一。在SOFC新型结构的研究中，多孔支架结构具有较好的发展前景，具有比表面积大，体积功率密度高，不用高温密封和连接，结构牢固，不用支撑元件，体积小，质量轻和电池组组装简便等优点。目前，制备具有多

2、孔结构的SOFC支架的挤出成型技术工艺复杂，通孔率低，制备成本高，而流延．叠层技术的可重复率低，抗热震性能差，支架的寿命较短。针对以上问题，本文提出一种浸渍一流延的新工艺来制备具有圆形孔的SOFC多孔支架，研究了浸渍提拉法制备多孔阴极和阳极的工艺，对电极进行了物相分析，研究浸渍浆料粘度和提拉速度对电极的影响，同时，研究了8Y-TZP浆料性质的影响因素、流延工艺及排胶烧结工艺，最后采用堆垛、热合、排胶和烧结等工艺制备了SOFC多孔支架，观察了多孔支架样品的宏观和微观形貌，表征了电极间的元素分布，最后进行了循环热震性能的测试。优化工艺结果表明：在1200℃下煅烧后得到

3、具有钙钛矿结构的LSM，经球磨6小时后得到的LSM粉末的D50为1．041ma，平均粒径为1．14I_ma；阳极Ni／8Y-TZP在1300℃、1350℃和1400℃下真空烧结3h后物相组成为Ni、8Y-TZP和少量NiO，而阴极LSM／8Y-TZP在1400℃烧结后出现了少量的La2Zr207；随着淀粉添加量的增加，阳极和阴极的收缩率和孔隙率都随之增加，浸渍浆料中PVB含量为5wt％时，提拉速度为2．5mm／s时，可以获得外形平整，尺寸均匀的电极材料；浆料粘度随固相含量增加而增加，随球磨时间增加而减小，当浆料的8Y-TZP含量为45wt．％时，球磨48h，所得到

4、浆料的粘度为1100--一1200mPa．s，浆料的性能较好，经真空除气20min后流延成型并在溶剂气氛下干燥所得到的流延膜性能优良，烧结坯体的相对密度和收缩率随升温速率的降低而增大，随烧结温度‘升高而增大。最后采用压力为20MPa、温度为70℃、保持10min的热合工艺制备的SOFC多孔支架坯体的结合效果好，无变形，形状规则，1350℃烧结后所得的多孔支架具有规则的孔形西安理工大学硕士学位论文状，排列均匀，通孔率高，电解质与电极之间没有分层、开裂等缺陷，支架纵断面的微观形貌分析表明，电极与电解质的界面结合良好，横截面和纵断面的线扫描元素分布表明，阳极和阴极元素在

5、孔壁内发生了扩散，此外，SOFC多孔支架具有良好的抗热震性能。关键词：固体氧化物燃料电池；多孔支架；浸渍．流延法；抗热震性能IIABSTRACTTitle：Fabricationandpropertiesofporousscaffoldforsolidoxidefuelcellbydipping—tapecastingprocessMajor：MaterialScienceandEngineeringName：CHENYongSupervisor：Prof．ZHAOKangAbstract～Signature：Solidoxidefuelcell(SOFC)isa

6、nenergyconversiondevicewhichproduceselectricitydirectlyfromfuelsbyelectrochemicalreactions．SOFChasbeenreceivedconsiderableinterestsworldwidesincetheiradvantagessuchashigherenergyconversionefficiency,nopollutionandgoodfueladaptiveness．SOFCdevelopmenthasbeenfocusedonlowertemperatureoper

7、ationlessthan800。C，andtheapplyingnewSOFCstructureisamainwayforlowertemperatureoperation。TheSOFCporousscaffoldisconsideredtobeadvancedintheresearchofnewSOFCstructure．TheSOFCporousscaffoldhasalotmeritssuchashighspecificareaandpowerdensity,noneedofelevatedtemperaturesealingandsupportinge

8、lemen