真空注浆法制备YSZ电解质膜管及其在固体氧化物燃料电池中的应用

以吡啶为分散剂，采用真空注浆法制备出膜厚为 0．2 mm、长度为 140 mm的致密 YSZ电解质膜管。研究了烧结温度对样品致密度和离子导电率的影响．用1650℃烧结2h 制备的致密YSZ电解质膜管组装成固体氧化物燃料电池，以氢气和煤气为燃料，研究了电池在500～900℃的电化学性能．实验结果表明，用真空注浆法可制备出高质量和高密度的YSZ电解质膜管，在1600℃烧结后，其相对密度已达到理论密度的 98．1％，接近理论密度．单电池的开路电压最大值为1．213 V，最大输出功率为0．48 W．以氢气为燃料的燃料电池性能明显高于以煤气为燃料的电池性能．

低成本YSZ电解质膜管的制备和性能研究

用真空注浆法制备出膜厚为０．２ｍｍ的８ｍｏｌ％ＹＳＺ电解质膜管，用排水法、ＳＥＭ和复阻抗等分析手段研究了ＹＳＺ电解质膜管烧结密度、表面形貌及其电导性能，确定了可使ＹＳＺ电解质膜管获得最佳烧结性能的烧结温度。研究结果表明，真空注浆法是一种制备高烧结性能ＹＳＺ电解质膜管的简单方法。用这一方法已制备出相对密度为９８．１％、长度为２５４ｍｍ的致密ＹＳＺ电解质膜管，其烧结温度范围比传统注浆法制备ＹＳＺ电解质管降低了１９０～２００℃。研究还表明，随烧结温度升高，样品致密度增大，导电性能也逐渐提高。经１６００℃烧结２ｈ样品的烧结密度和导电性能均达到最佳值；进一步提高烧结温度，样品的致密度和电学性能均有所下降。

恒压电泳制备YSZ电解质膜的研究

为了降低固体氧化物燃料电池(SOFC)的操作温度,采用恒压电泳沉积方法在NiO-YSZ阳极基体上制备了YSZ电解质薄膜,通过电泳沉积电流的测量及SEM测试,研究了不同分散介质对悬浮体系稳定性及YSZ膜微观结构的影响,分析了I2、PVB作为添加剂在电泳沉积过程中的作用机理.实验结果表明,使用丙酮作为分散介质,并加入0.5 g/L的I2时,能够获得较稳定的悬浮液.在其中加入0.3 g/L的PVB能够增强YSZ颗粒间的作用力,提高YSZ膜的致密性.研究认为,电泳沉积悬浮液的组成对沉积电流和沉积膜的微观形貌都具有较大影响.

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。

中温平板型固体氧化物燃料电池研究

采用流延法制备Ni/YSZ阳极支撑体 YSZ电解质复合膜素坯.经等静压,共烧结而得到的复合膜,其YSZ电解质层的厚度在1530μm之间,面积大于100cm2.再将由柠檬酸盐法合成的Ce0.8Sm0.2O1.9(CSO)和固相法合成的La0.6Sr0.4CoO3(LSCO)相继沉积到YSZ膜上形成有CSO中间层的复合阴极,从而构成Ni/YSZ/CSO/LSCO的中温平板型固体氧化物燃料(单体)电池,其中Ni/YSZ为阳极,CSO是中间层,LSCO为阴极.以H2作燃料气,O2为氧化气,850℃下,该单电池开路电压达1.1V,最大输出功率密度0.2W/cm2.本文还对该单电池复数阻抗谱进行了分析讨论.