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釔穩定納米氧化鋯在固體氧化物燃料電池上的應用

發布時間:2018-07-10 20:03
 

釔穩定納米氧化鋯在固體氧化物燃料電池上的應用

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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效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。 

SOFC系統中有2個構件,即陽極和電解質都選擇釔穩定氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ).

一、釔穩定納米氧化鋯用在SOFC系統中的陽極

SOFC反應中包括燃料或氧氣(通常是空氣),電解質(固體或液體)和電極3種物質的接觸,三相接觸是燃料電池設計的關鍵技術之一.  SOFC的關鍵技術體現在電池構件的材料選擇方面, SOFC系統中陽極支撐體采用摩爾分數8%的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.  電池專用釔穩定納米氧化鋯(VK-R50Y8)是應用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。

二、釔穩定納米氧化鋯用在SOFC系統中的電解質

SOFC電解質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,氧離子導電性很差,一般采用摻雜的辦法來提高其導電性,所以用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導電能力。釔穩定納米氧化鋯(VK-R50Y8)抗氧化還原的穩定性好,價廉易得,并且在高溫下具有足夠高的氧離子導電率,良好的化學穩定性和機械性能,因而被應用于制備SOFC的電解質薄膜。

高溫燃料電池系統中影響釔穩定氧化鋯(YSZ)的性能有兩方面:雜質含量和粒度,因為超細的粉末具有巨大的表面積,使材料的燒結驅動力劇增,擴散速率也增加,擴散路徑縮短,從而使燒結過程顯著加快,使燒結溫度降低,有利于后期組件的制備。又由于電解質在燃料電池中有物理隔離層的作用,所以需形成致密結構,從而也要求粉體粒度小,粒徑均勻。釔穩定納米氧化鋯(VK-R50Y8)粒徑50-80nm,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,廣泛用于制做固體氧化物燃料電池中。

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