固体氧化物燃料电池Cu-Fe-SDC阳极的制备研究

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固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种不经过燃烧将化学能直接转化为电能的高效发电装置。该领域的研究方向是追求操作温度的中温化,适合这一需求的固体氧化物燃料电池电解质其中有SDC,当以天然气为燃料时,对应用Cu-SDC做阳极符合其操作要求。然而把这种阳极和电解质SDC匹配烧结时,由于SDC烧结温度比铜及其氧化物的烧结温度高,容易发生铜及其氧化物的扩散烧结问题。  本文在Cu-SDC中掺入Fe制备Cu-Fe-SDC阳极,运用不同方法把电解质和阳极结合,探求合适的防止铜扩散制备电池的方法。  用溶胶凝胶低温自蔓延法合成的了SDC粉体,1400℃烧结后结构致密,800℃时电导率值为0.076S/cm。  用溶胶凝胶低温自蔓延法合成的CuXFe1-XOY粉体(X=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9),经过800℃焙烧、球磨、压片和烧结后,测试粉体及阳极的性能。铁和铜不同比例时主晶相分别是斜方六面体结构的Fe2O3相、正方体结构的CuFe2O4相和立方结构CuFe5O8相。粒度分析表明溶胶凝胶法制备的粉体颗粒度均匀度很好。900℃温度后阳极不再发生明显的收缩。在1000℃—1100℃下烧结,Cu-Fe-SDC阳极中的铜铁氧化物和SDC可以分别形成较好的网络结构。不同配比的阳极电导率随温度的升高是线性关系。随着铜含量的增多,电导率逐渐增大。1100℃烧结后阳极的电导率与1000℃烧结后的阳极电导率基本一样。  共压法制备不同配比的单电池经过1350℃烧结后,SDC和阳极两侧结合很好,用石墨做造孔剂,空洞为长条状。在电解质上用丝网印刷法涂覆阳极时,用300目丝网进行印刷两次所得单电池阳极太薄,200目印刷三遍得到的单电池微观结构明显改善。
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