微管式固體氧化物燃料電池陽極微結構控制及電池性能研究.pdf

1、微管式固體氧化物燃料電池（Micro Tubular Solid Oxide Fuel Cell，MT-SOFC）是指直徑小于2mm的固體氧化物燃料電池，具有功率密度高，啟動速度快，抗熱震性能好且便于移動攜帶等優點。本文通過相轉化紡絲-燒結技術制備了具有不對稱孔結構的YSZ（8mol％氧化釔穩定的氧化鋯）和Ni-YSZ中空纖維膜。通過控制紡絲工藝參數，優化了膜的微結構。利用真空浸漬和涂覆方法分別制得基于非對稱孔結構YSZ和Ni-YSZ中

2、空纖維膜的MT-SOFC，并研究了電池的結構特性、機械特性以及電化學性能。
　　通過相轉化紡絲-燒結技術一步制備出內表面多孔、外表面致密的非對稱孔結構YSZ中空纖維電解質膜。其致密層可作為固體氧化物燃料電池的電解質，通過真空浸漬方法在多孔內表面引入鎳源，從而形成Ni–YSZ復合陽極。在YSZ中空纖維膜的外表面涂覆-燒結一層La0.8Sr0.2MnO3-δ（LSM）陰極膜，并通過銀絲與銀膠引出電流，組裝成MT-SOFC。同樣，通過相

3、轉化紡絲-燒結技術制備了具有非對稱結構的Ni-YSZ陽極中空纖維膜，考察了不同芯液組成對陽極微觀結構和性能的影響。通過提拉涂覆技術在陽極中空纖維膜外表面依次涂覆均勻的YSZ電解質膜和LSM陰極膜，經700℃氫氣還原4h后，組裝成MT-SOFC單電池。電池和膜材料的微結構通過掃描電鏡表征，力學性能用萬能力學試驗機測試。電池的電化學特性通過數字源表測試，在800℃下，分別以氧氣為氧化劑，氫氣為燃料，測試了MT-SOFC開路電壓和輸出功率。<

4、br>　　結果表明，當芯液為乙醇-NMP（3:7），燒結溫度為1450℃時，可獲得一種具有放射形指狀孔結構的非對稱YSZ中空纖維膜，其抗彎強度可達117MPa，氣體滲透通量為3.8×10-7mol·Pa-1·m-2·s-1，孔隙率超過40%。浸漬10次硝酸鎳后，陽極氧化鎳含量可達42wt%，電導率達728.2S·cm-1，孔隙率為31.2%。隨著浸漬次數的增加，基于YSZ中空纖維膜的MT-SOFC開路電壓與輸出功率均隨之升高，浸漬10次