用于燃料电池的氧化锆薄膜制备方法进展_图文

1、 用于燃料电池的氧化锆薄膜制备方法进展作者:贾莉, 吕喆, 黄喜强, 李国卿, 苏文辉作者单位:贾莉(大连理工大学,物理系,辽宁,大连,116024;哈尔滨工业大学,凝聚态科学与技术研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001, 吕喆,黄喜强(哈尔滨工业大学,凝聚态科学与技术研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001, 李国卿(大连理工大学,物理系,辽宁,大连,116024, 苏文辉(大连理工大学,物理系,辽宁,大连,116024;哈尔滨工业大学,凝聚态科学与技术研究中心,黑龙江,哈尔滨,150001;吉林大学,凝聚态物理系,吉林,长春,130023;中国科学院国际材料物理中心,辽宁,沈阳,110015

2、刊名: 电源技术英文刊名:CHINESE JOURNAL OF POWER SOURCES年,卷(期:2004,28(7被引用次数:5次参考文献(17条1.Kim S G;YOON S P;NAM S W Fabrication and characterization of a YSZ/YDC composite electrolyte by a sol-gel coating method 20022.Sasaki H;OTOSHI S;SUZUKI M Fabrication of high power density tubular type solid oxide fuel cell

3、s 19943.WANG L S;BARNETT S A Deposition, structure and properties of cermet thin films composed of Ag and Y-stabilized zirconia 19924.Will J;MITTERDORFER A;KLEINLOGEL C Fabrication of thin electrolytes for second-generation solid oxide fuel cells 20005.Setoguchi T;SAWANO M;EGUCHI K Application of th

4、e stabilized zirconia thin film prepared by spray pyrolysis method to SOFC 19906.CHOUR K W;CHEN J;XU R Metal-organic vopor deposition of YSZ electrolyte layers for solid oxidefuel cell applications 1997(1/27.杨烈宇;关文铎;顾卓明材料表面薄膜技术 19998.阎加强;张培新;单松高中低温固体氧化物燃料电池的研究 1998(049.ISHIHARA T;SATO K;TAKITA Y Ele

5、ctrophoretic deposition of Y2O3-stabilized ZrO2 electrolyte films in solid oxide fuel cells 1996(0410.Liu J;BARNETT S A Thin YSZ electrolyte solid oxide fuel cells by centrifugal casting 2002(1211.贺天民;裴力;吕喆管状YSZ电解质的制备及其在固体氧化物燃料电池中的应用期刊论文-功能材料 2001(0112.贺天民;吕喆;裴力YSZ-Al2O3电解质膜管制备及其应用期刊论文-电源技术 2001(021

6、3.RAJENDRA N B;CLIVE A R;MERRILEA J M Fabrication of dense zirconia electrolyte films for tubular solid oxide fuel cells by electrophoretic deposition 2001(0114.韩敏芳;李伯涛;彭苏萍SOFC电解质薄膜YSZ制备技术期刊论文-电池 2002(0315.CHARPENTIER P;FRAGNAND P;SCHLEICH D M Preparation of thin film SOFCs working at reduced temper

7、ature 200016.Srivastava P K;QUACH T;DUAN Y Electrode supported solid oxide fuel cells: Electrolyte films prepared by DC magnetron sputtering 1997(3/417.WANG L S;BARNETTS A Sputtering-depositedmedium-temperature solid oxide fuel cells with multi-相似文献(10条1.学位论文唐煌固体氧化物燃料电池的YSZ电解质薄膜的CVD-EVD方法研究19983.学位论

8、文彭冰清中温固体氧化物燃料电池电解质薄膜的制备2008固体氧化物燃料电池(SOFC以其高效、低污染等优点被认为是未来很有希望的绿色发电方式之一,受到人们的越来越广泛的关注。降低电池的工作温度,从而降低成本、延长寿命已经成为目前研究的热点。减小电解质膜的厚度是降低电池工作温度,保持电池输出性能的有效方法之一。因此,开发低成本、高效率的电解质薄膜制备工艺是获得高性能燃料电池的重要途径。本文采用丝网印刷法和磁控溅射法制备电解质薄膜,研究了影响这两种工艺制备效果的几个重要参数,并对两种方法制备的电解质薄膜及组装的电池进行了简单的对比。对于丝网印刷法,研究结果首先表明,初始YSZ粉末的性质对所得到的电解

9、质薄膜的微观结构、电池的开路电压和电池的性能都有很大的影响。经过比较,球磨法研制的YSZ粉末可以获得更好的电池性能。然后是选取合适的阳极基体,对流延基体、不同预烧温度的压片阳极基体分别进行了比较,最终选择使用预烧1100的压片阳极。选取不同固含量的YSZ浆料,对所得到的电池性能进行比较,最终确定30%固含量为最佳。最后,印刷了不同的层数,对所得到的电解质薄膜及电池的性能进行了比较。对于磁控溅射法,主要研究了热处理、阳极预烧温度以及溅射衬底温度几个因素的影响。首先,对溅射所得到的电解质薄膜进行热处理,并与未经热处理的电解质薄膜及所组装的电池性能影响进行了比较。研究结果究表明,用热处理过的电解质薄

10、膜组装的电池输出性能更好。第二,选取不同的预烧温度制备阳极基体,对所制备电池的性能及开路电压进行比较,最终确定使用预烧1200的压片基体。第三,选取不同的溅射衬底温度,对所得到的电池的性能及开路电压进行了比较及讨论。最后,对利用丝网印刷法和磁控溅射法所得到的电池性能进行了简单的对比。MENG Guang-yao固体氧化物燃料电池致密电解质薄膜制备技术-河南师范大学学报(自然科学版2005,33(4鉴于固体氧化物燃料电池(SOFC在高温运行时存在的种种问题,电解质薄膜的厚度,降低其运行温度,是解决这些问题的重要途径.本文分别综述了目前常用的SOFC致密电解质薄膜的制备工艺,如化学法、物理法、陶瓷

11、粉末法等,评述了它们的优缺点,并介绍了采用上述方法制备电解质薄膜的性能和用于电池研究的实验结果.5.学位论文殷娟注浆成型法制备的固体氧化物燃料电池镍基阳极及其性能研究2009燃料电池通过电化学反应把燃料的化学能中的部分吉布斯自由能转换成电能,不受卡诺循环效应,具有较高效率;固体氧化物燃料电池(SOFC因具有高效、清洁、环境友好等优点,近年来受到国际的普遍关注。注浆成型是一种传统的陶瓷制备方法,本论文采用该方法制备了锥管状和长管状阳极支撑体。 论文采用燃烧法和氨水沉淀法合成阳极材料NiO,燃烧法和柠檬酸一硝酸盐法合成电解质材料GDC,采用溶胶凝胶法合成阴极材料LSM和BSCF。并采用X射线衍射分

12、析,微观形貌分析等方法对合成的粉体进行表征分析。 采用了几种NiO粉体制备出阳极支撑体,并采用TOSOH的YSZ粉制备出悬浮性良好的电解质浆料,浸渍出具有620m的YSZ电解质薄膜,并制作出NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ单电池,电池在800的OCV最高可达到1.05V以上,在850电池的最大功率密度为1.15Wcm-2。研究结果显示采用INCO公司的NiO粉末来制作阳极支撑体是较好选择。 0.41c。初次电池在600时的欧姆电阻为0.06c,第二次的欧姆电阻为0.12c。说明电池的界面电阻是影响电池输出性能的主要因素,从电池的OCV以及阻抗分析来看,电池的制作工艺已经在慢慢成熟,但是仍

13、然有较大的提升空间。后续工作需要继续进行。6.学位论文郝斌魁掺杂CeO电解质薄膜的磁控溅射制备工艺探索2006掺杂CeO2基电解质材料替代传统的YSZ电解质材料是发展中温固体氧化物燃料电池的趋势,是目前SOFC领域的研究热点之一。掺杂浓度为1020左右的Gd2O3掺杂的CeO2(GDC电解质因在400-700温度下具有较高离子电导率,使其成为最有希望的替代材料之一。为了满足电解质材料薄膜化、中温化的发展趋势,早日实现固体氧化物燃料电池商业化,尚需对GDC电解质材料制备工艺的改善和离子电导率的提高进行更加深入的研究,这对推动中温固体氧化物燃料电池的发展具有非常重要的应用价值。本文采用反应射频磁控

14、溅射方法,利用Gd/Ce镶嵌复合靶,探索厚度2微米以下GDC薄膜的制备工艺。重点探讨了基片温度与氧分压对薄膜成分、物相、生长取向、晶粒大小、粗糙度等表面形貌的影响,以及不同生长条件下薄膜的表面演化行为,取得的主要研究结果如下:1.沉积温度对GDC薄膜生长行为影响的研究结果表明:基片温度对GDC薄膜成分的影响较小。不同温度下制备的薄膜中,面心立方结构GDC固溶体相占主导,同时存在少量体心立方结构Gd2O3中间相。GDC薄膜的生长取向随基片温度而变化,200时,无择优取向,500时薄膜呈现(220织构,700则为(111择优取向。薄膜沉积速率随基片温度升高基本呈下降趋势。AFM分析表明,薄膜为岛状

15、生长,随温度升高,表面生长岛尺寸增大,岛密度变小;200温度下,GDC薄膜进行高沉积速率下的低粗糙化生长,而300以上温度范围内,GDC薄膜发生以晶粒择优生长为主导的表面粗化生长。2.氧分压对GDC薄膜生长行为影响的研究结果表明:氧分压对薄膜成分的影响较小。在氧分压较小时,薄膜呈现(111织构面心立方萤石结构GDC固溶体单相;在高氧分压条件下,薄膜中(220织构的面心立方GDC固溶体多晶相占主导,同时出现少量体心立方结构的Gd2O3中间相。AFM分析表明,低氧分压时,薄膜表面生长岛之间相互结合成具有一定取向关系的生长岛链,这与GDC相很强的(111织构有关;随着氧分压的增高,球形生长岛尺寸逐渐增大。在高氧分压条件下,薄膜的表面为孤立的不规则生长岛。适当地提高活性气体氧的分压有利于晶粒长大,但过高的氧分压造成了薄膜表面生长岛粗糙且不规则的形貌。从薄膜的表面粗糙化机理上看,低氧分压下,