固体氧化物燃料电池双层电解质膜的制备及应用

论文摘要

固体氧化物燃料个电池（SOFC）具有高效、低污染、功率密度高等突出的优点被很多国家研究和生产。为了降低固体氧化物燃料电池的工作成本,使其便于规模化成产,最关键的问题就是降低电池的工作温度。丝网印刷技术对于电解质膜的制备有很重要的作用。薄膜化的电解质层的制备会显著的提高电池的性能。本文采用丝网印刷技术将Sm0.2Ce0.8O1.9（SDC）与Zr0.84Y0.16O1.92（YSZ）电解质材料直接接触进行复合,将复合的电解质印制在NiO–SDC阳极支撑体上。通过改变SDC与YSZ的层数得到最好的SDC与YSZ的比例。对于每一个单电池,试验采取的丝网印刷是将电解质印制在阳极支撑体上。对于每一部分的电解质来说,为了使其致密,需要至少5层以上的丝网印刷。5层以下的印刷会导致电池的开路电压非常低。引入了过渡层概念,制备了分别对应SDC+NiO为基底的SDC/（SDC+YSZ）/YSZ双层电解质膜电池和以YSZ+NiO为基底的YSZ/（YSZ+SDC）/SDC双层电解质膜,并分别制作成电池,进行了性能测试。经测试,复合电解质电池的电压较低。经SEM电镜扫描观察,在复合电解质SDC/（SDC+YSZ）/YSZ表面存在一些小的孔洞,这些孔洞影响了电解质薄膜的致密性。电镜扫描的YSZ/（YSZ+SDC）/SDC电解质形貌较好,但由于这种复合电解质复合部分较多,较复杂,导致其内部存在着一定的应力,致使其稳定性不够,在外力的冲击下不能长时间稳定的存在。作为阴极材料的LaSrMnO通过丝网印刷被印制在构成为SDC/（SDC+YSZ）/YSZ的复合电解质膜上,作为阴极材料的BaSrCoFeO通过丝网印刷被印制在构成为YSZ/（YSZ+SDC）/SDC的复合电解质膜上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 固体氧化物燃料电池介绍
• 1.2 SOFC组成及相关原理
• 1.2.1 SOFC组成
• 1.2.2 SOFC热力学原理
• 1.2.3 工作原理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本论文的研究目的和意义
• 第2章 阴极、阳极及电解质材料的制备
• 2.1 阴极材料的制备
• 2.1.1 BSCF阴极材料的制备及表征
• 2.1.2 LSMO阴极材料的制备及表征
• 2.2 阳极支撑体的制备
• 2.2.1 NiO制备及表征
• 2.2.2 SDC材料的制备及表征
• 2.3 电解质材料的制备
• 2.4 本章小结
• 第3章 丝网印刷制备以SDC+NiO为阳极基底的双层电解质膜
• 3.1 丝网印刷制备工艺
• 3.1.1 丝网印刷工艺特点
• 3.1.2 丝网印刷工艺操作方法
• 3.2 丝网印刷制备SDC/YSZ双层电解质膜
• 3.2.1 SDC/YSZ双层电解质膜制备流程
• 3.2.2 SDC与YSZ两部分电解质层数比例的确定
• 3.3 丝网印刷制备SDC/SDC+YSZ/YSZ电解质膜
• 3.4 SDC/（YSZ+SDC）/YSZ复合电解质电池性能测试
• 3.4.1 电池的极化现象
• 3.4.2 电池的封装及测试
• 3.4.3 对比单电池的制作与测试
• 3.4.4 电池的阻抗性能对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 丝网印刷制备以YSZ+NiO为阳极基底的复合电解质膜
• 4.1 丝网印刷制备YSZ/（YSZ+SDC）/SDC复合电解质膜
• 4.2 YSZ/YSZ+SDC/SDC复合电解质的电池的性能测试
• 4.3 对比单电池的制作与测试
• 4.4 电池阻抗性能对比
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 实验所需仪器
• 致谢