传统ASC一般由主要成分为氧化亚镍(NiO)的复合阳极,氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质和阴极组成,其中NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ 是一种有代表性的ASC结构。由于该种结构所采用的的电解质和阴极在低于700℃的中低温度区电性能较差,电池运行温度通常须高750℃,导致电池使用寿命短,长期稳定性差,密封困难,电堆制造成本高,极大地限制了SOFC的应用范围。为达到降低运行温度的目的,燃料电池技术团队采用了另一类有代表性的ASC结构展开研究,结构为:NiO-YSZ/YSZ/SNDC/LSCF-GDC。
该结构采用了中温区电性能较好的含
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由于NiO-YSZ/YSZ/SNDC/LSCF-GDC结构中各层材料的热膨胀系数不同,阻隔层需在电池需在已高温烧结的YSZ基底上制备。通过特种制备方法,如磁控溅射,能够获得致密度较高的阻隔层,但制备成本高、效率低,不宜规模化生产。而采用常规的喷涂、丝网印刷后烧结等方法制备阻隔层时,阻隔层与已烧结的YSZ基底间存在应力,其致密过程受基底干扰,所制备阻隔层通常呈多孔结构,存在大量贯穿阻隔层的通孔,严重损害其阻隔效果。氢能与燃料电池技术团队研究人员通过使用烧结助剂和控制烧结制度的方式,采用丝网印刷后烧结的方法于1300℃实现了氧化铈基阻隔层的高度致密。所制备阻隔层表面高度致密,仅存在少量孔隙和凹陷,断面呈高度致密状,存在少量闭孔,无贯穿阻隔层的通孔存在。阻隔层与电解质界面结合牢固,界面已难以辨别,可以预期该阻隔层/电解质界面有良好的结合强度和较小的界面电阻。此外,经过1050℃的烧结
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图1 传统非对称结构电池及传统平板型ASC电池及其典型放电曲线
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图2 LSM电池微观结构及LSCF电池微观结构
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图3 工艺改进前阴极阻隔层SEM图片
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图4 1300℃下烧结助剂辅助烧结致密的SNDC
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图5 工艺改进后的致密阴极阻隔层
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图6 1500℃常规烧结致密的SNDC样品
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图7 阴极致密阻隔层的良好阻隔效果
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图8 电池片
(新能源所 王建新 常晓辉)