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丝网印刷制备YSZ电解质薄膜性能的研究

葛晓东  
【摘要】: 固体氧化物燃料电池(SOFC)被认为是二十一世纪最有前景的能源技术之一,目前世界许多国家下大力量投入,推动SOFC的商业化研究。SOFC的效率主要取决于电池的电压,而影响电池电压的关键在于电解质薄膜是否致密,因此寻求有效的制备电解质薄膜的方法成为现在研究SOFC制备工艺的热点。 本文通过对丝网印刷技术在YSZ电解质薄膜制备工艺方面的研究,成功地在Ni/YSZ阳极基底上制备出致密的31μm厚的薄膜,所封接的Ni/YSZ/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3电池测试性能表现良好:在850℃时,单电池开路电压达到1.07 V,最大功率密度达到了1.3 W/cm~2。 为进一步研究丝网印刷制备YSZ电解质薄膜的技术,我们又对YSZ初始粉末状态、印刷薄膜层数、成膜温度及浆料配比等影响丝网印刷制备YSZ薄膜的一些因素进行了考察。其中,YSZ粉末的初始状态对成膜质量影响最大,利用未经球磨过的YSZ粉末制备出的薄膜表面结构存在很多孔隙、裂缝,而采用球磨过的YSZ粉末制备的薄膜表面非常致密;利用丝网印刷球磨过13 h的YSZ制备薄膜在达到七层之后,电解质薄膜才足够致密,电池的电压更加稳定,而且在十层左右时电解质薄膜厚度的增加对电池阻抗影响非常小;用球磨后YSZ制备的薄膜在1300℃保温4 h后已经比较致密,但是与1400℃保温4 h后薄膜表面的扫描电镜照片比较发现晶粒并尚未完全长大,晶粒间仍然存在少量的缝隙,最好是在1400℃进行烧结以便制备出致密的YSZ薄膜,提高电池综合性能。


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