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《昆明理工大学》 2010年
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阳极负载IT-SOFC电解质薄膜的制备及性能研究

林航昇  
【摘要】:燃料电池是一种非常有利于环境保护的技术,被称为21世纪的绿色能源转化技术。而其中固体氧化物燃料电池(SOFC)是燃料电池中能量转化效率最高的一种。另外,由于可以使用各种各样的燃料如:甲烷、煤气、甲醇、酒精、石油液化气等,不需要特别的燃料提纯装置,也不像质子交换膜燃料电池那样需要新建加氢站。因此,SOFC比较容易推广,而且运行费用较低,很适合于我国的国情。对于改善能源结构,提高能源利用率有着积极的作用。中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的提出大大拓宽了传统SOFC中连接、封装材料的选择范围,大大降低了材料制备和电池制作成本;然而SOFC的中低温化对电池关键材料的性能和制备技术提出新的挑战,其中电解质的薄膜化技术与制备高性能的电解质与电极材料是降低SOFC操作温度和制造高性能燃料电池的关键。 本论文以发展阳极负载平板IT-SOFC为目标,制备了相匹配的掺杂镓酸镧Lao.9Sro.1Gao.8Mgo.203(LSGM)电解质粉体与高催化活性的掺杂铬酸镧La0.7Sr0.3Cr0.5Mn0.5O3(LSCM)阳极支撑片,并利用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)与直流四探针等技术对材料的结构及性能进行了分析研究。结果表明甘氨酸-硝酸盐法(Glycine nitrate Process, GNP)法合成的LSCM的前躯体物料与8wt%淀粉混合均匀后压制成片,在1350℃烧结5h后,适合用于IT-SOFC的阳极支撑片。用GNP法,在1400℃下烧结20h后即可得到单一钙钛矿结构的LSGM电解质材料,适合用于制备射频磁控溅射的靶材与旋转涂覆法所用的电解质浆料,从而制备致密电解质薄膜。 另外,本论文着重研究了薄膜化电解质的两种制备方法,分别为射频磁控溅射法与旋转涂覆法。 在研究射频磁控溅射法制备电解质薄膜过程中,考察了制备过程中各种工艺参数如:溅射功率密度、基片温度、氩气压强等对所制得的薄膜物相、结构、沉积速率以及生长形貌等产生的影响,并分析了这些因素对薄膜的性能产生的影响。结果表明,在功率密度为7.8 W/cm2,基底温度为300℃同时Ar压强为2Pa时,经过12小时的溅射沉积,所制备的电解质薄膜厚度为8μm左右,并且其在1000℃下退火2小时后性能最好。 在研究旋转涂覆法制备电解质薄膜过程中,分析了一定转速下不同粘结剂与调和剂以及它们的用量等对LSGM电解质膜性能的影响,并利用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段对成膜质量进行了评价。结果表明,制备电解质浆料时使用质量百分含量为3%的乙基纤维素作为粘结剂、5%的松油醇作为调和剂、无水乙醇作为溶剂。在3200r/min转速下旋涂40s成膜后,样品置于马弗炉中1450℃下烧结8小时,能够获得与多孔阳极支撑片紧密结合的较为致密的厚度约30μm的LSGM电解质薄膜层。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM911.4

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【参考文献】
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