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《华中科技大学》 2007年
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SOFC梯度功能PEN部件的等离子熔射数字化制造

孙德文  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种新型的高温工作的全固态能量转化装置,具有效率高、燃料的适应性强、无须使用贵金属电极、规模和安装地点灵活等一系列优点,因而成为燃料电池领域的研究热点。 三合一电极PEN(Positive-Electrolyte-Negative)是SOFC的关键部件,要求阳极和阴极层多孔、电解质层致密、各电极间的接触良好。另外,SOFC商业化运行存在制造成本太高,功率与体积难以兼顾等问题。因此,本文开展基于快速原型的等离子熔射工艺制造立体复杂式SOFC梯度功能材料关键部件PEN的研究,对于固体氧化物燃料电池的普及和应用具有很重要的意义与价值。围绕上述问题,本论文主要开展了以下几个方面的研究工作。 1)以YSZ、Ni-YSZ及LSCF分别作为电解质、阳极及阴极材料,采用快速原型制造技术、等离子熔射及机器人数字化成形相结合的方法制造了平板式、二维瓦楞式PEN。 2)对原有等离子熔射工艺参数进行改进和优化,并研究其对涂层成形性、孔隙率的影响;同时在阴阳极材料中加入造孔剂保证电极的多孔性,对电解质层进行封孔等处理保证其致密性。 3)将功能梯度材料(Functionally Gradient Materials, FGM)的概念和原理应用于固体氧化物燃料电池PEN部件的制备,改善了各电极层间的接触;采用本实验室研究开发的梯度功能送粉设备,通过系统的工艺试验,设计制造了连续的梯度功能材料PEN部件,探讨并研究了功能梯度层成分和组织连续梯度变化的规律。 4)用电子探针显微分析仪能谱仪对平板式、二维瓦楞式PEN的微观形貌进行了分析研究。结果表明:涂层厚度分布均匀,满足电解质层致密、电极多孔的结构要求;同时梯度层成分、组织连续梯度变化;等离子熔射数字化制备SOFC梯度功能材料PEN部件的方法可行,很有优势。 5)利用交流复阻抗技术分析了平板式PEN的电性能,结果表明,温度升高,总电阻、晶粒和晶界电阻都减小,电导率增大;与流延法相比,在相同的温度条件下,等离子熔射工艺对减小复合电极的电阻更有利。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM911.4

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