等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ纳米结构固体氧化物燃料电池电解质层

氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）。常规的平面SOFC电解质制备技术,如带式流延或丝网印刷,需要在1300℃以上的温度下进行烧结,因此采用传统制备技术获得纳米结构电解质层是一个挑战。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新技术由于可以实现气相沉积可以提供快速、低成本的方法来制备纳米致密结构电解质层,可避免传统技术在长时间高温烧结引起的材料晶体结构变化以及相邻电极材料间的化学反应。PS-PVD技术具有与传统大气等离子喷涂（APS）完全不同的沉积机制。本研究采用该技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层。当电解质层厚度为8.7～12.3 μm时,其泄露率为2.24～2.29 10-8 cm4gf-1s-1.     

等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池电解质涂层研究进展EI北大核心CSCD

等离子喷涂作为一种高性价比的涂层沉积工艺,在固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质制备方面比传统方式更灵活、高效,尤其在大面积电解质快速成形上,表现出良好的发展潜力。介绍SOFC的工作原理和研究趋势,综述电解质材料及等离子喷涂制备工艺的研究进展,指明等离子喷涂制备SOFC电解质涂层的发展方向。研究表明:氧化钇、氧化钪稳定的氧化锆是目前商业化应用最广泛的电解质材料,其他如氧化铈基及氧化铋基电解质还须解决还原气氛下价态变化问题,而镧锶镓镁氧化物和硅酸盐电解质则需解决成分和结构稳定性问题。在制备方面,传统湿化学法的高温烧结过程难以制备金属支撑型SOFC,磁控溅射和气相沉积等镀膜技术成本高、效率低,不适合电解质大规模生产。而等离子喷涂技术具有沉积效率高,对基体热输入小,可灵活调控涂层微观结构等优势。等离子喷涂SOFC电解质还存在较大探索空间,基于前期相关工作为后续中低温电解质制备及优化提供思路,随着电解质粉末成本下降及喷涂设备迭代升级,等离子喷涂技术有望在未来成为大规模高效制备SOFC电解质涂层的重要手段。     

先进陶瓷涂层结构调控及其在固体氧化物燃料电池中的应用

等离子喷涂技术可以对陶瓷涂层的微观结构进行调控设计,因此在制备固体氧化物燃料电池方面具有独特的优势。基于等离子喷涂方法,可以直接制备或经过后处理获得致密的电解质涂层。采用等离子喷涂技术也可以制备高性能的多孔阳极和阴极,并可对钙钛矿结构阴极材料的成分和晶体结构进行调控。文中介绍了目前国内外采用涂层制备电池的方法,主要探讨了热喷涂方法制备电解质涂层的特点,对存在的问题和可行思路进行了讨论,并探讨了基于提高三相反应界面长度来制备高性能电极的方法。由于固体氧化物燃料全电池各功能层都有可能通过热喷涂方法制备,因此该方法在固体氧化物燃料电池结构设计具有巨大的潜力。     

热喷涂制备固体氧化物燃料电池电解质层的研究进展

分析了固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展趋势以及电解质的制备和特性对SOFC的工作温度及导电性的影响,并对SOFC电解质材料的研究现状进行了详细阐述。介绍了热喷涂技术在SOFC电解质材料制备中的技术优势,综述了热喷涂技术在SOFC电解质层材料制备中的应用,并对其进行了总结和展望。通过分析相关研究成果,认为降低工作温度必然成为未来SOFC研究的主要方向之一,而开发更多在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来研究工作的关键。应用最广泛的高温SOFC电解质材料是萤石结构的氧化钇稳定氧化锆,而钙钛矿结构的掺杂镁和锶的镓酸镧是最有前景的中、低温SOFC电解质材料。热喷涂技术具有基体材料不受限制、沉积速度快、灵活、成本低等一系列优点,在SOFC电解质涂层的制备中得到了广泛应用。对于高温SOFC电解质涂层可采用等离子喷涂辅助后处理工艺或直接优化其工艺,从而获得高致密、高电导率的电解质涂层,而中、低温电解质层的热喷涂制备方面的研究还有较大的拓展空间。     

固体氧化物燃料电池铈基电解质的研究进展

开发在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来发展低成本固体氧化物燃料电池（SOFC）的重要方向。掺杂氧化铈（DCO）在500~700 ℃时，具有良好的导电性能，其离子电导率远远高于同温度下氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）电解质材料，因此其成为中温SOFC电解质材料应用与研究的重点。但DCO在还原气氛下Ce4+部分还原为Ce3+，会引起电子电导增加、制造成本提高、开路电压降低等问题。针对这些问题，大量研究通过稀土或碱金属掺杂、电解质复合进行了探索，发现掺杂和多相电解质复合有助于提高DCO的离子电导率和稳定性。在概述锆基固体电解质、Bi2O3基电解质、LaGaO3基氧化物、CeO2基氧化物等SOFC电解质的基础上，重点综述了单掺杂、双掺杂和多掺杂的氧化铈电解质，同时综述了掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质和两种电解质复合的电解质材料的研究进展。另外，介绍了流延、丝网印刷、浆料涂覆、电泳沉积、喷雾热解、溅射、大气等离子喷涂、激光脉冲沉积等制膜方法，在铈基电解质膜制备方面的应用。最后，对铈基电解质的发展前景和方向进行了展望。     

等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ纳米结构固体氧化物燃料电池电解质层（英文）

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)。本研究采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层,通过SEM、TEM、工业CT以及纳米压痕等技术测定了7YSZ电解质层的微观形貌、结构、力学性能及气体透过率,揭示了电解质层在沉积过程中的生长机制。结果表明:基体温度是影响7YSZ电解质层纳米结构形成的关键因素;当电解质层厚度为8.7~12.3μm时,其泄露率为2.24×10~(-8)~2.29×10~(-8) cm~4·gf~(-1)·s~(-1);同时,7YSZ电解质层还表现出良好的力学性能,其硬度、弹性模量和弹性回复率分别为10 GPa、140 GPa和57%。     

固体氧化物燃料电池电解质和电极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池（SOFC）具有能量转换率高、比能量高、效率高、低排放、燃料可以连续供给等一系列优点,因而受到人们的普遍关注。本文对SOFC的电解质和电极材料的研究进展做了介绍,并指出了其研究中遇到的问题和今后发展的方向。     

Microstructure and Electrochemical Behavior of La0.8Sr0.2MnO3 Deposited by Solution Precursor Plasma Spraying

采用液料等离子喷涂方法(SPPS)制备固体氧化物燃料电池多孔La0.8Sr0.2MnO3(LSM)阴极。用SEM观察LSM的微结构,用XRD研究其相结构。考察了喷涂距离和热处理温度对LSM微结构的影响规律。结果表明,SPPSLSM在1050℃热处理2h后形成连续的具有微纳介孔结构的涂层,且LSM具有单一的钙钛矿结构。利用电化学交流阻抗谱方法研究了LSM极化行为。微结构对极化性能有显著影响,1000℃时,LSM在喷涂距离为60mm时具有最佳的电化学性能,阴极极化电阻约为0.3Ω·cm2。通过工艺的控制,SPPS可以实现SOFC阴极相和微结构的优化。     

电泳沉积法在SOFC关键材料制备中的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是直接将化学能转化为电能的全固态装置,因其绿色、环保、高效等特点而备受广大科研人员的关注。近年来,电池工作温度的降低对SOFC电解质、连接体和电极材料均提出了新的更高的要求。目前主要通过制备电解质薄膜、连接体保护涂层和电极材料涂膜等来实现SOFC在中低温工作环境下良好的电化学性能。电泳沉积法(EPD)具有设备简单、易涂覆、操作方便等优点,因而其在上述材料制备方面得到了广泛应用。综述了近年来国内外EPD技术在SOFC各关键组件(电解质薄膜、合金连接体涂层、电极材料涂膜)中应用的研究进展,指出了今后的发展方向,这对提升电池性能和应用具有实际意义。     

空气等离子喷涂板式SOFC连接体保护涂层的性能

在中温平板型固体氧化物燃料电池（ITSOFC）设计中,可以采用金属作为连接材料.Fe-16Cr合金是较为理想的金属连接材料,它存在的主要问题是连接体阴极侧表面的高温氧化和腐蚀,会导致电池性能的迅速降低.本研究采用空气等离子喷涂的方法喷涂了La0.8Sr0.2MnO3-σ（LSM）钙钛矿型保护涂层在金属连接板的表面,并讨论了主要过程参数及其作用效果.研究发现,喷涂后热处理是降低涂层孔隙率的有效方法,经喷涂-热处理后,涂层的孔隙率可降至1%以下.等离子喷涂LSM保护涂层后,Fe-16Cr合金的耐高温氧化性能明显提高,氧化速率降低了76%.