YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维电解质层厚度控制及其影响

本研究利用相转化共纺丝法一步制备出微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)用电解质/阳极(YSZ/NiO-YSZ)双层中空纤维膜,将制得的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜前驱体经1450℃烧结后,以纯H2在700℃下还原4 h得到YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜。电解质YSZ膜层厚度通过改变YSZ铸膜液挤出速率来调节。将La0.8Sr0.2MnO3-δ(LSM)阴极乳浆浸渍涂覆在烧结后的YSZ/NiO-YSZ双层中空纤维膜外,经1200℃烧结后形成微管式固体氧化物燃料电池。结果表明,当阳极铸膜液以10 mL/min速率挤出,而电解质铸膜液挤出速率为0.5、1、1.5、2 mL/min时,构造的YSZ/Ni-YSZ双层中空纤维膜电解质层厚度分别为6、13、18、28μm,其机械强度、气密性均随着电解质层厚度增加而增大,但电导率与孔隙率受电解质层厚度的影响较小。YSZ膜厚度为28μm的MT-SOFC,800℃时以20 mL/min氢气作为燃料,30 mL/min空气作为氧化剂,最大开路电压为1.01 V,最大输出功率只有75 mW/cm2。但同样测试条件下,YSZ膜厚度为6μm的MT-SOFC,开路电压为0.92 V,最大输出功率升至329 mW/cm2。

BCYF_(0.10)-YDC/BCYF_(0.10)-Ni双层致密中空纤维陶瓷透氢膜的控制合成

采用溶胶-凝胶法制备Ba_(0.95)Ce_(0.8)Y_(0.2)O_(3-δ)F_(0.10)(BCYF_(0.10))和Ce_(0.8)Y_(0.2)O_(2-δ)(YDC)陶瓷粉体。通过调节内、外层纺丝液中陶瓷粉体含量,调控中空纤维膜的致密层厚度、2层之间的结合状态及抗折强度,进而实现BCYF_(0.10)-YDC/BCYF_(0.10)-Ni双层非对称致密中空纤维陶瓷膜的共纺丝-共烧结可控合成。当内、外层纺丝液中陶瓷粉体的含量分别为65.7%(质量分数)和44.4%条件下并于1600℃烧结5 h,中空纤维膜致密外层厚度仅为14.5μm,且层间结合紧密,抗折强度达到168.5 MPa。在900℃、管程进料气为100 mL·min^(-1)的50%(体积分数)H_(2)/He、吹扫气速率为100 mL·min^(-1)N_(2)时,中空纤维膜的氢渗透速率达0.54 mL·min^(-1)·cm^(-2)。