用流延法制备固体氧化物燃料电池阳极材料-材料合成化学课件.ppt

用流延法制备固体氧化物燃料电池阳极材料 SOFC简述 然料电池是一种直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能等温、高效（50～70%）、环境友好地转化为电能的发电装置。它具有能量转换效率高、无污染、噪音低、适应不同功率要求等优点，被认为是21世纪全新的高效、节能、环境友好的发电方式之一 SOFC工作原理 SOFC历史 SOFC阳极要求 1稳定性:在燃料气体流动环境中,从室温到工作温度范围内,阳极材料必须性能稳定,化学稳定,晶型稳定,外形尺寸稳定. 2电导率:在还原气氛中和工作温度,阳极材料都要有足够高的电子电导率,能够将反应中产生的电子传到连接体,并且在氧分压很底的时,较长时间稳定 3相容性:在操作温度和制作温度下,阳极材料都应与其他组元相容,而不与邻近组元发生反应. 4 热膨胀性:从室温和制作温度范围内,阳极材料都应该与其他组元热膨胀系数相匹配. 5 多孔性:为了使燃料能够渗透到电极处参加反应,将产生的水气移走,阳极材料应该具有多孔结构. 6催化性能:良好的催化性能,可以提供一个催化的活性表面,在这个表面上燃料气体可以通过阴极一边扩散来的阳离子反应,降低燃料电化学氧化时的极化 SOFC阳极材料的选择 YSZ(56%)+Ni(44%) 制备工艺(Tap Casting) 流延(Tape casting) 流延是一种陶瓷成型工艺,即将陶瓷粉料,溶剂,黏结剂,分散剂和增塑剂的混合浆料顷倒或浇注在平面基体上.均匀铺展,溶剂随即挥发,得到”生坯”,再经过烧结,得到我们想要陶瓷材料 粉料选择 一般可直接购买或者间接制备!例如我们用的NiO粉就是NiCO3.2Ni(OH)2.4H2O 加热分解所得!一般要考虑粉料的以下特性: 流延成型的浆料 根据工艺的流程图，粉末必须在合适的液体体系中均匀悬浮，且必须形成一个可浇注的高浓度的浆料．提供适当黏度的稳定分散的浆料只是一件过度的，但又是绝对重要的工作，在同时保持粉末的特定的形貌特征，并将它们转换成为干燥带的固化状态．并且有足够高的强度，柔韧性和均匀无缺陷的结构 溶剂 １能够溶解其他添加剂； ２在浆料中能保持化学稳定性，不与粉料发生反应 ３易于挥发，能够在烧结后不留下杂质 ４安全，环保 溶剂的选择和分类 １有机溶剂：乙醇，丁酮，三氯乙烯，甲苯．．．．． ２水溶剂 黏结剂 在浆料中加入黏结剂的作用是增加生坯的强度，以便脱膜和保存，控制浆料的流变行为．以及提高湿润性和延迟沉浆时间等第． １纤维素衍生物：甲基纤维素，羟基纤维素，羧甲几纤维素．．．． ２聚乙烯和丙烯酸类；聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛．．．． 分散剂 分散粉料颗粒，使得黏结剂可以分散的包裹在颗粒表面 使在黏结加入和浆料保持适当的黏度 节省溶剂的量,可以降低成本,减少溶剂散发后生坯的收缩量 聚乙丁烯 亚油酸 柠檬酸 . . . 增塑剂 增塑剂最重要的作用是降低粘结剂在室温和低温时的玻璃化转变温度，使粘结剂能在较高的温度下工作，提高素坯膜的可塑性。。一般情况下系统的相对湿度对增塑剂的性能有影响[651，在粘结剂PVA中加入增塑剂PEG时，可以发现PEG能明显地减低PVA的玻璃化转变温度 烧结过程 流延法制备YSZ+NiO 膜 流延技术关键 1各有机添加剂的选择和量 2溶剂蒸发速度的控制 3烧结控制 . .. .. * * 燃料电池 碱性燃料电池（AFC） 磷酸燃料电池（PAFC） 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC） 固体氧化物燃料电池（SOFC） 陶瓷电解质 工作温度高 SOFC优势 无腐蚀，无泄漏 燃料选择范围广 适合热电联供，能量利用率高 可以不使用贵金属催化剂 耐硫化物的能力强 * *