基于高度非對稱中空纖維電解質膜的微管式SOFC制備.pdf

1、微管式固體氧化物燃料電池（Micro Tubular Solid Oxide Fuel Cells, MT-SOFCs）是指直徑約1 mm左右的管狀固體氧化物燃料電池，它具有電極面積大、體積功率密度高、抗熱震性能好、啟動速度快等優(yōu)點，特別在便攜式微型電源及移動式電源等方面具有廣闊的應用前景。本文應用相轉化-燒結技術，一次性制備出由多孔支撐層和致密表皮層薄膜組成的釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）陶瓷電解質中空纖維膜，通過化學鍍法在電解質中空纖維膜的

2、多孔支撐層內沉積Ni催化劑制得SOFC陽極，在該陽極/電解質微管外表面涂覆LSCF陰極，燒結后即可制得MT-SOFC。本論文系統(tǒng)研究了這一MT-SOFC的制備新工藝。
　　首先，采用相轉化-燒結技術制備了由多孔支撐層和致密表皮層薄膜組成的高度非對稱結構YSZ陶瓷電解質中空纖維膜（微管），研究了鑄膜液組成、非溶劑添加劑以及芯液組成等對陶瓷電解質微管結構的影響。結果表明，當鑄膜液中的聚合物（聚醚砜，PESf）、溶劑（N-甲基砒咯烷酮，

3、NMP）、電解質粉體（YSZ）及添加劑的比為1：4：5.4：1.8，且芯液組成為9.4％一縮二乙二醇（DEG）-90.6%NMP溶液時，通過1500℃高溫燒結4 h后，制得的YSZ陶瓷電解質中空纖維膜的表皮致密層厚度約4.68μm，而多孔支撐層的孔隙率可達35.39%，內表面上的孔密度達到了5000-8000·mm-2，微管的抗彎強度達到222 MPa。
　　其次，應用化學鍍鎳法在YSZ陶瓷電解質中空纖維膜的多孔支撐層內沉積金屬鎳

4、催化劑，經(jīng)過高溫燒結氧化-還原后得到MT-SOFC陽極，研究了化學鍍液組成及操作條件對Ni鍍層的影響。結果表明，當采用組成為26.3 g·L-1 NiSO4，26 g·L-1 NaH2PO2，30 g·L-1 H3BO3，30 g·L-1 NaCl，30 g·L-1三乙醇胺，1.2 g·L-1 NaF的鍍液在70℃施鍍溫度下經(jīng)過30 min的施鍍，制備出的鍍層經(jīng)過1200℃燒結之后，得到陽極層表面孔隙率可達40.32%，厚度達到了1.3

5、μm，比表面積接近6 m2·g-1。
　　最后，在制備好的Ni-YSZ陽極/電解質微管外表面涂覆一層La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-α（LSCF）陰極材料，經(jīng)過高溫燒結后，制成微管式SOFC單電池。以30 mL·min-1的加濕氫氣為燃料，50 mL·min-1的空氣為氧化劑，測試MT-SOFC在不同溫度下的輸出性能。結果表明，800℃工作溫度下，電池的開路電壓接近理論值，達到了1.15 V。此溫度條件下電池最大輸出