中温固体氧化物燃料电池的制备工艺

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将化石气体燃料的化学能转变成电能的发电装置。由于其具有能量转换效率高、清洁、无嗓音、无污染的优点，现己成为世界各国研究开发的热点之一。本课题主要研究探讨了中温SOFC单电池的制作工艺。为了制备出性能较好的中温SOFC单电池，做了以下工作：研究了中温SoFc原材料的处理工艺。采用固相反应法，利用煅烧和球磨的手段，制备了电解质材料Ceo．sGd0．201．．“GDc)及阴极材料‰．8Sro．2Ma-103(LSM)。用粒度分析仪、SEM

2、及XRD方法分析了粉末的性能，得出了合适的煅烧温度和球磨时间。采用流延法和丝网印刷法制备了中温平板式SOFC单电池，即采用流延法制作阳极，丝网印刷制作电解质和阴极。研究了聚乙烯醇浆料体系流延及丝网印刷成膜的规律，并详细分析了影响流延及丝网印刷成膜质量的各种因素，研究了单电池的烧结工艺，分析探讨了阳极／电解质层共烧结过程中出现开裂、起翘、分层剥离、龟裂和疏松等缺陷的原因，提出了改进的措施和方法。试验发现，如果阳极／电解质共烧结的温度超过1450。C，两极之间发生严重的扩散现象，降低了阳极的活性，严

3、重影响了电解质层的性能。为了不破坏阳极的活性，保持适当的孔隙率，阳极的烧结温度不能超过1400。C：然而，1400’C烧结的电解质层的致密度不够。电解质层的致密度主要受电解质原始粉末的粒度和烧结温度的影响，提高烧结温度可以适当的提高电解质层的致密度。综合考虑阳极／电解质层的共烧结性能，进一步提高电解质层的质量，减小电解质粉末的尺寸是最佳途径。如果电解质粉米粒度的尺寸达到纳米数量级，阳极／电解质可能在1400。C以下与阳极实现共烧结，并获得结构致密的电解质层。测试了单电池Ni．GDC(I．5ram

4、)／GDC(200#m)／LSM(200pm)-平扳式结构在800。C工作温度下的电性能，获得

5、丌路电压O．83V，最大功率0．02W／cm2最大电流密度为90mA／cm二，工作电压约0．4V。关键词：固体氧化物燃料电池GDC流延法丝网印刷单电池I华中科技大学硕士学位论文AbstractSolidoxidefuelcell(SOFC)isanenergyconversiondevicethatproduceselectricity(andheat)directlyfromfossilfuelsb

6、yelectrochemicalreactions．Beingseveraladvantages，suchashigherenergyconversionefficiency,nonoiseandpollution，SOFChasbeenreceivedconsiderableinterestsworldwide．Inthepresentstudy,fabricationprocessesforaplanal"1T-SOFCsinglecellareprincipallyexplored．Det

7、ailedworkisasfollowing：Powdersofgadolinium-dopedceriumoxideCe0．sGdo2019(GDO，strontium—dopedlanthanummanganeseoxideLa0．sSr02Mn03(LSM)，electrolyteandcathodematerialforSolidoxidefuelcellwerepreparedusingsolidreactionmethod．Theparticlesizeanditsdistribut

8、ionweremeasuredusinggranularityanalysisinstrument．Thesurfacemorphologyandmicrostructureofpowderswereexaminedusingascanningelectronmicroscope．DesirablephaseswereidentifiedbyX—raydiffraction．Tapecastingandscreen—printingprocesses，simpleandcost—effectiv

9、etechniques，wereusedtofabricatetheIT-SOFCsinglecell．Anodetapewaspreparedbytapecasting．Electrolyteandcathodethinfilmswerepreparedbyscreen—printing．Severalexperimentswereconductedtooptimizetheprocessingparametersoftapecastingandscreen-printingwithpolyv