浸漬-流延法制備SOFC多孔支架的工藝及性能研究.pdf

1、摘要論文題目：浸漬流延法制各SOFC多孔支架的工藝及性能研究學(xué)科專業(yè)：材料科學(xué)與工程研究生：陳勇指導(dǎo)老師：趙康教授摘要簽名：簽名：名L搏固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置，以其具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)污染、燃料范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。SOFC的研究正向800。C以下的中低溫方向發(fā)展，SOFC新型結(jié)構(gòu)的研究是實(shí)現(xiàn)SOFC低溫化的主要途徑之一。在SOFC新型結(jié)構(gòu)的研究中，多孔支架結(jié)構(gòu)具有較好的發(fā)展前景，

2、具有比表面積大，體積功率密度高，不用高溫密封和連接，結(jié)構(gòu)牢固，不用支撐元件，體積小，質(zhì)量輕和電池組組裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目前，制備具有多孔結(jié)構(gòu)的SOFC支架的擠出成型技術(shù)工藝復(fù)雜，通孔率低，制備成本高，而流延疊層技術(shù)的可重復(fù)率低，抗熱震性能差，支架的壽命較短。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種浸漬流延的新工藝來(lái)制備具有圓形孔的SOFC多孔支架，研究了浸漬提拉法制備多孔陰極和陽(yáng)極的工藝，對(duì)電極進(jìn)行了物相分析，研究浸漬漿料粘度和提拉速度對(duì)電極的影響，同時(shí)

3、，研究了8YTZP漿料性質(zhì)的影響因素、流延工藝及排膠燒結(jié)工藝，最后采用堆垛、熱合、排膠和燒結(jié)等工藝制備了SOFC多孔支架，觀察了多孔支架樣品的宏觀和微觀形貌，表征了電極間的元素分布，最后進(jìn)行了循環(huán)熱震性能的測(cè)試。優(yōu)化工藝結(jié)果表明：在1200℃下煅燒后得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的LSM，經(jīng)球磨6小時(shí)后得到的LSM粉末的Dso為1041ma，平均粒徑為114I_ma；陽(yáng)極Ni／8YTZP在1300℃、1350℃和1400℃下真空燒結(jié)3h后物相組成為

4、Ni、8YTZP和少量NiO，而陰極LSM／8YTZP在1400℃燒結(jié)后出現(xiàn)了少量的La2Zr207；隨著淀粉添加量的增加，陽(yáng)極和陰極的收縮率和孔隙率都隨之增加，浸漬漿料中PVB含量為5wt％時(shí)，提拉速度為25mm／s時(shí)，可以獲得外形平整，尺寸均勻的電極材料；漿料粘度隨固相含量增加而增加，隨球磨時(shí)間增加而減小，當(dāng)漿料的8YTZP含量為45wt％時(shí)，球磨48h，所得到漿料的粘度為1100～1200mPaS，漿料的性能較好，經(jīng)真空除氣20m

5、in后流延成型并在溶劑氣氛下干燥所得到的流延膜性能優(yōu)良，燒結(jié)坯體的相對(duì)密度和收縮率隨升溫速率的降低而增大，隨燒結(jié)溫度‘升高而增大。最后采用壓力為20MPa、溫度為70℃、保持10min的熱合工藝制備的SOFC多孔支架坯體的結(jié)合效果好，無(wú)變形，形狀規(guī)則，1350℃燒結(jié)后所得的多孔支架具有規(guī)則的孔形Title：Fabricationandpropertiesofporousscaffoldforsolidoxidefuelcellbydip

6、ping—tapecastingprocessMajor：MaterialScienceandEngineeringName：CHENYongSupervisor：ProfZHAOKangAbstractSignature：Signature：Solidoxidefuelcell(SOFC)isanenergyconversiondevicewhichproduceselectricitydirectlyfromfuelsbyelect

7、rochemicalreactionsSOFChasbeenreceivedconsiderableinterestsworldwidesincetheiradvantagessuchashigherenergyconversionefficiencynopollutionandgoodfueladaptivenessSOFCdevelopmenthasbeenfocusedonlowertemperatureoperationless

8、than800。C，andtheapplyingnewSOFCstructureisamainwayforlowertemperatureoperationTheSOFCporousscaffoldisconsideredtobeadvancedintheresearchofnewSOFCstructureTheSOFCporousscaffoldhasalotmeritssuchashighspecificareaandpowerde

9、nsitynoneedofelevatedtemperaturesealingandsupportingelement，smallvolumeandweightRecentlytheextrusionmoldingforpreparationofSOFCporousscaffoldhassomedisadvantagessuchascomplexprocess，lowholeandhighcostAndthetape1aminatedt

10、echnologyhaslowrepeatable，poorthermalshockresistanceandshorterlifesupportTosolvetheseproblems，thedipping—tapecastingprocesswasdesignedtoprepareSOFCporousscaffoldwithcircularporesTheprocessofporousanodeandcathodebydipcoat

11、ingmethodwasinvestigatedPhasesofelectrodewereanalyzedEffectsofslurryviscosityandliftingspeedonelectrodeswerestudiedSimultaneouslyfactorsofslurryproperties，tapeCastingProcessandsinteringwereinvestigatedSOFCporousscaffoldw

12、asfabricatedbystacking，heatbondingandsinteringprocessesMorphologyofSOFCporousscaffoldwasobservedElementdistributioninSOFCporousscaffoldWasanalyzedAndthecyclicthermalshockresistancewastestedTheresultsofprocessoptimization

13、showthattheLSMwithperovskitestructurewasgotbysinteringat1200。CD50ofLSMpowderis104pmandtheaverageparticlesizeofthatis1149mTheXRDanalysisshowthatthemainphaseofNiYSZsinteredat1300℃，1350℃1400℃for3hare8Y_TZP，NiandNiOThemainph