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釔穩(wěn)定納米氧化鋯在固體氧化物燃料電池上的應用

放大字體  縮小字體 http://yiyexingchen.cn  發(fā)布日期:2020-10-10  瀏覽次數(shù):74
 固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池,是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高速、高率、環(huán)保地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置。被普遍認為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。 

SOFC系統(tǒng)中有2個構(gòu)件:陽極和電解質(zhì)。這兩者都可以選擇釔穩(wěn)定納米氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。

一、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的陽極

SOFC反應中包括燃料或氧氣(通常是空氣)、電解質(zhì)(固體或液體)和電極3種物質(zhì)的接觸,三相接觸是燃料電池設計的關鍵技術(shù)之一。SOFC的關鍵技術(shù)體現(xiàn)在電池構(gòu)件的材料選擇方面, SOFC系統(tǒng)中陽極支撐體采用摩爾分數(shù)8%的氧化釔(Y2O3)摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm),陽極功能層為10~20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。電池專用釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)是應用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。

二、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的電解質(zhì)

SOFC電解質(zhì)的常用材料是氧化鋯,但純氧化鋯在1000℃時電導率很低,為10-7S·cm-1,接近于絕緣物質(zhì),氧離子導電性很差,一般采用摻雜的辦法來提高其導電性,一般是用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導電能力。釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)抗氧化還原的穩(wěn)定性好,價廉易得,并且在高溫下具有足夠高的氧離子導電率,良好的化學穩(wěn)定性和機械性能,因而被應用于制備SOFC的電解質(zhì)薄膜。 

高溫燃料電池系統(tǒng)中影響釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)的性能有兩方面:雜質(zhì)含量和粒度,因為超細的粉末具有巨大的表面積,使材料的燒結(jié)驅(qū)動力劇增,擴散速率也增加,擴散路徑縮短,從而使燒結(jié)過程顯著加快,使燒結(jié)溫度降低,有利于后期組件的制備。又由于電解質(zhì)在燃料電池中有物理隔離層的作用,所以需形成致密結(jié)構(gòu),從而也要求粉體粒度小,粒徑均勻。優(yōu)鋯釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)粒徑20-40nm,具有納米顆粒尺寸細、粒度分布均勻、無硬團聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導電特性,可廣泛用于制做固體氧化物燃料電池。

 
 
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