论文摘要
在多种不同结构设计的固体氧化物燃料电池(SOFC)中,阳极支撑平板式SOFC代表着今后发展的重要方向。最常用的阳极支撑体材料是Ni/YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)金属陶瓷,由室温的NiO/YSZ陶瓷复合材料在高温下还原而得。多孔NiO/YSZ支撑体在室温下韧性不足,难以承受电堆装配中所需要施加的压力,往往导致单电池破裂。本文的研究目的是在不改变阳极支撑体电子导电性的条件下,通过第三相材料复合,提高NiO/YSZ复合材料的断裂韧性(KⅠC),为实现超薄SOFC创造条件。稀土正铌酸盐LaNbO4在室温下是铁弹性的单斜相,具有特殊的畴结构,在外应力的作用下能发生畴位向变换,应力消失后,畴恢复到原有取向。这一机制有可能增韧陶瓷。因此,本文研究选用LaNbO4作为增韧NiO/YSZ的第三相材料。主要的研究内容包括:1) LaNbO4粉末材料的制备与表征;2) NiO/YSZ/LaNbO4复合材料力学性能;3) NiO/YSZ/LaNbO4复合材料中的相变及其对导电性能影响。研究结果表明,化学共沉淀法制备LaNbO4的关键是控制溶液的pH值,保持在9~10之间,才能得到较纯净的尺寸在1~1.5μm的LaNbO4晶粒。LaNbO4的加入导致部分立方相YSZ发生相变,生成单斜相ZrO2。NiO/YSZ/LaNbO4陶瓷材料的KⅠC随LaNbO4的加入量变化:当LaNbO4含量在0~10%wt之间, NiO/YSZ/LaNbO4陶瓷KⅠC连续下降;进一步增加LaNbO4含量,则导致NiO/YSZ/LaNbO4陶瓷的KⅠC上升。脆性相单斜ZrO2的生成是降低NiO/YSZ/LaNbO4陶瓷断裂韧性的原因,其对断裂韧性的破坏作用逐步被LaNbO4的增韧作用抵消。当LaNbO4含量大于10%wt,LaNbO4的增韧作用在复合材料中占主导地位。部分单斜相的生成使得YSZ的离子导电率下降。
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标签：固体氧化物燃料电池论文; 陶瓷论文; 畴切换论文; 断裂韧性论文; 相变论文;