轧膜成型法制备燃料电池NiO/YSZ多孔阳极材料的研究

以水基轧膜工艺制备出了不同粘结剂含量的NiO/氧化钇稳定氧化锆(YSZ)固体氧化物燃料电池多孔阳极材料。研究了粘结剂含量和制备工艺条件等对多孔阳极微结构和性能的影响。实验结果表明:轧膜坯体的烧结温度对NiO/YSZ阳极烧结体的孔隙率有着决定的影响;为获得较高孔隙率和一定孔径分布的阳极烧结体,轧膜生坯的烧结温度应不超过1450℃。此外,粘结剂含量对轧膜生坯的烧结行为及烧结体的性能也有明显的影响,在相同的烧结温度下,高粘结剂含量阳极烧结体的孔隙率和孔径范围明显高于低粘结剂含量的烧结体,其中,粘接剂含量5%的生坯烧结后得到的NiO/YSZ阳极材料具有较好的综合性能;此外,NiO/YSZ材料还原后所得Ni/YSZ金属陶瓷多孔阳极的电导率随试样烧结温度的升高而升高,随测试温度升高而降低,800℃下的其电导率可达150S/cm。     

阳极支撑结构IT-SOFC的阳极及电解质层的水系流延与共烧

采用水系流延成型,共烧制备了平板式中温固体氧化物燃料电池（SolidoxidefuelcellSOFC）的NiO/YSZ阳极支撑电解质氧化钇稳定氧化锆（YSZ）薄膜复合体。通过调节优化浆料的pH值、分散剂和粘度获得了具有均匀的微观结构电解质YSZ与阳极NiO/YSZ流延素坯。调节阳极中的YSZ粉体的颗粒级配,以促使阳极坯片的烧成收缩与电解质坯片的烧成收缩相匹配,获得大面积、平整的阳极与电解质复合烧结体,其中阳极层厚度为0.5～1.0mm,孔隙分布均匀,孔隙率达30vol%以上;电解质厚度为15μm以下,相对密度大于98%;阳极与电解质层界面两者能很好地烧结在一起。     

NiO/YSZ浆料凝胶固化、干燥、排胶及烧结工艺研究

采用凝胶注模工艺制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料NiO/YSZ是目前的研究热点之一.本文主要研究了凝胶注模工艺中引发剂和催化剂的加入量对凝胶固化时间的影响,干燥温度对坯体失重的影响,固相含量、造孔剂的种类及用量对瓷体收缩率的影响,并对还原后瓷体的电性能进行了表征.采用SEM、EDS方法分析表征样品.实验结果表明:在实验选定的100 mL浆料中,浓度为5wt%引发剂的加入量为2.0 mL,浓度为0.5vol%催化剂的加入体积量为1.0 mL,凝胶时间可以控制在20 min以内.NiO/YSZ阳极材料最佳干燥温度是25 ℃,固相含量为45vol%、采用15wt%石墨作为造孔剂,在1350 ℃烧成的NiO/YSZ阳极与固体电解质YSZ收缩率相匹配,氢气还原后NiO/YSZ阳极在600～800 ℃电导率达到800 S/cm,符合SOFC阳极材料电导率的要求.     

浆料成分对NiO电极微观结构的影响

分别采用NiO浆料、Ni浆料和Ni/YSZ浆料制备NiO敏感电极.其中Ni/YSZ浆料是由在Ni浆料中添加15vol％ YSZ粉末制备的.结果表明,采用NiO浆料普通烧结得到的NiO电极致密且有裂纹;采用Ni浆料和Ni/YSZ浆料反应烧结分别制备的NiO电极和NiO/YSZ复合电极则疏松多孔且无裂纹.浆料中添加的YSZ不仅能够细化NiO电极晶粒,同时能增强电极和基底的界面附着,增加三相界面的数量和长度.     

纳米铋掺杂二氧化锡/水性聚氨酯复合材料

以自制纳米铋掺杂二氧化锡(nano-BTO)分散浆料和水性聚氨酯(PU)为原料,采用共混法制备nano-BTO/水性聚氨酯杂合材料。运用zeta电位仪、激光粒度仪和TEM等研究了nano-BTO的zeta电位分布及其分散。结果表明,nano-BTO浆料的等电点在pH=6附近;采用硅烷偶联剂KH-550和高分子分散剂DP-518对nano-BTO粉体进行分散处理可获得良好分散性的水性浆料。采用紫外-可见-近红外分光光度计和自制的隔热测试装置等研究了nano-BTO/氨酯杂合材料的力学性能、光学性能和热学性能。结果表明,当nano-BTO含量为1.0%时,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到了9.23 MPa、223%,可见光透射率约为70%,其隔热效果同比纯PU膜可降温达8℃以上。     

注浆成型法制备氧化钇稳定的氧化锆透氧膜及其性能

采用注浆成型法制备8%(摩尔分数)氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)透氧膜,分析浆料特性、烧结特性和电学性能并将其用于固体透氧膜(SOM)法制备金属。结果表明:当添加4%(质量分数)柠檬酸作为8YSZ浆料分散剂时,浆料相对黏度为1.82,Zeta电位为–43.7mV。透氧膜素坯经1 700℃煅烧2 h后,物相全部转化为立方相,相对密度达到99.1%。在500℃时,1 700℃烧结成型的透氧膜总电阻最小,为149.38Ω,总电导率最大,为5.84×10–4 S/cm。该法制备的膜管经SOM法电解脱氧实验证明具有优良的控氧性能和抗熔盐侵蚀特性。     

高孔隙率YSZ-高致密YSZ薄膜共烧复合体的制备

在中温固体氧化物燃料单电池制备过程中,用聚乙烯吡咯烷酮包裹改性的石墨粉体为造孔剂,以8%(摩尔分数)Y2O3稳定的ZrO2(8%in mole yttria stabilized zirconia,YSZ)粉体+石墨造孔剂为支撑层原料,与自制的水系流延YSZ电解质薄膜一起共压,制备了YSZ+石墨–YSZ薄膜复合体,在1 470℃下共烧4 h后获得高孔隙率YSZ–高致密YSZ薄膜共烧复合体。研究了不同溶剂体系中石墨含量和粒度对共烧体的影响。结果表明:选用粒径为6μm以下的石墨粉体作造孔剂能获得无开裂的多孔YSZ–YSZ薄膜共烧体,其共烧体为双层结构,层间结合紧密、结构均匀,孔隙率高达68%(体积分数)。在造孔剂的含量变化与材料烧成收缩率的关系中,造孔剂含量存在1个最佳含量值,当造孔剂含量在最佳值附近时,制备的共烧复合体质量最好。该最佳含量值随造孔剂颗粒尺寸大小不同而变化。     

分散剂用量对钛酸锶钡水基浆料稳定性的影响

使用聚甲基丙烯酸铵(ammonium polymethacrylate,PMAA-NH4)作为分散剂,研究了不同pH值条件下分散剂用量对钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3)水基浆料稳定性的影响,并分析了其影响机理.结果表明:PMAA-NH4的加入能够显著提高Ba0.6Sr0.4TiO3粉体的zeta电位,在加入量(质量分数,下同)为0.4%时,zeta电位为负值,达到最小,从而提高了Ba0.6Sr0.4TiO3水基浆料稳定性.在pH值小于8时,会发生Ba0.6Sr0.4TiO3料浆中的Ba2 和Sr2 离子溶出;pH值大于8时,Ba0.6Sr0.4TiO3粉体的zeta电位随PMAA-NH4的加入量的增加而增大.在pH值为8～9,PMAA-NH4的加入量为0.4%时,实现Ba0.6Sr0.4TiO3粉体对PMAA-NH4的饱和吸附,此时浆料的稳定性最好.     

氧化锆水悬浮液的分散

通过考察多元共聚物分散剂对氧化锆zeta电位和浆料流变性的影响,研究了氧化锆浓悬浮液的分散性.结果表明: 多元共聚物分散剂的加入增加了氧化锆zeta电位的绝对值,等电点移至2.4以下.随分数剂加入量的增加,悬浮液的流变性出现复杂的情况:低剪切速率下(100s-1以下),悬浮液粘度略微增加;高剪切速率下(100s-1以上),悬浮液的粘度明显降低;4种分散剂中,二元共聚物分散的氧化锆浆料流动性最好,加入质量分数为0.14%,pH值为9.6左右.并制备了体积分数54%的氧化锆浆料,粘度为0.91Pa·s(100s-1).     

PAA—NH4对氧化铝悬浮液沉降性生能的研究

采用PAA—NH4作为分散剂制备了超细氧化铝悬桴液,通过沉降实验观察了PAA-NH4的添加量、pH值对α—Al2O3低固含量悬浮液的沉降性能的影响,并用Zeta电位仪测定了不同pH值条件下稀固相含量悬浮液的Zeta电位;同时对烧结坯体进行了微观分析。结果表明：分散剂PAA—NH4的最佳用量为1．0％左右,最佳pH值为9;对添加PAA—NH4前后的稀悬浮液Zeta电位进行了测定,发现等电势点左移,Zeta电位的绝对值变化显著。添加PAA-NH4后,pH值的变化对悬浮液的沉降性能和Zeta电位影响很大。