固体氧化物燃料电池(SOFC)材料探究.pdfVIP

◆ 544选用双龙电源材料，创造高品质电池。中外合资新多双龙电源材料有限公司(0373—5410328) H24 固体氧化物燃料电池(SOFC)材料研究 符晓铭唐‘煌唐春和李恩德唐亚平 清华大学核能技术设计研究院 燃料电池是把燃料化学能通过电化学反应直接转 方法目前仍是制造管式SOFC固体电解质YSZ(Y：03 化为电能的发电装置，由于其具有能量转换效率高、污 稳定的ZrO：)薄膜的最佳的关键技术。我们建立了 染低等特点。越来越受到广泛重视。固体氧化物燃料电 CVD--EVD实验系统，进行了大量的实验，成功地制 池作为第三代燃料电池，除具有其它燃料电池的优点 备出性能较为优良的YSZ薄膜。在实验过程中，对 外，还具有下列特点；(1)高温运行，电池内直接分解燃 CVD—EVD的动力学过程进行了系统的研究，按照固 料气，燃料范围宽，采用全固态化结掏，不存在使用液 体表面吸附控制速率的机制建立了反应物参与竞争吸 态电解质带来的腐蚀和泄漏等难题，建造、使用和维修 附的小孔沉积模型。研究表明，CVD阶段对EVD间段 方便，可以模块化；热电综合效率可高达80％以上等， 有重要影响。如果孔内最大沉积物位置越接近}L口，孔 因此被认为是一种理想的燃料电池。高的运行温度给 内沉积物越薄．此时EVD阶段的薄膜生长速率也越 SOFC带来的主要技术难点是固体氧化物燃料电池的快。孔内最大沉积物位置随水蒸汽室和氧化物室反应 材料及制备工艺．不仅要考虑它们能满足各自的性能 物气体的压差(浓度比)的变化而变化，提高两趾反应 要求，还要考虑它们之问的匹配及相容性问题。最近几 物气体的压差(浓发比)将导致最大沉积物位置向低压 年我们对SOFC的电极材料和电解质材料进行了下列 (浓度)边移动。通过EVD动力学过程模型研究了控 研究： 制薄膜生长速率的机制，整个EVD动力学过程包括 采用固相反应法台成了SOFC阴极材料L“，Sf， 五步：氧化气{奉在小孔内的扩散；氧化气体在薄膜内表 一M。Oa(LSM)，以差热分析(DTA)，热重分析(TGA) 面的吸附；薄膜内表面的界面反应；氧离子在薄膜内的 和x射线衍射(XRD)为手段研究了固相反应机理，并 输送；薄膜外表面处的表面反应。在理想情况下．薄膜 总结出最佳合成工艺。对LSM材料的晶体结构、化学 中zr和Y的含量比与ZrCL。及YCL。的升华量之比 成分、烧结性能、电导性能和热膨胀性能进行了研究： 应保持直线关系。薄膜电阻率的对数与温度的倒数 LSM晶体呈菱形一六方结构，其晶格常数a随sr掺 (Lgp～1／T)之间呈直线关系。当薄膜中Y的摩尔含量 杂比例增加而减小，c基本保持不变；烧结相对密度和 为9％时，薄膜的电导率最大。在cvD—EVD实验装 线收缩率随温度升高而提高．随sr掺杂比例增加而降 置上完成了薄膜的气密性冽量，测量结果表明用CVD 低；电导率a随Sr掺杂比例增加和温度升高而提高， —EVD方法制备的薄膜有很好的气密性。 随孔隙率的变化符合半经验的规律口一(did^)9，随氧 目前我们正在用一种新工艺开展SOFC的阳极材 分压降低而减小．直到发生分解反应；在较低的掺杂比 料研究，可望得到孔隙均匀、强度高、抗热震性好、具有 例时·LSM的热膨胀与YSZ匹配较好。用LSM材料 表面质量高的SOFC阳极材料。今后的研究目际是在 对泥浆方法的薄膜制备技术进行了研究，掌握了较为 不降低燃料电池综合性能的前提