用于燃料电池的氧化锆薄膜制备方法进展

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结2,黄喜强:,李国卿1,苏文辉”4

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用于燃料电池的氧化锆薄膜制备方法进展

∽大连理工大学物理系,辽宁大连116024;2.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;

3.吉林大学凝聚态物理系,吉林长春130023;4.中国科学院国际材料物理中心,辽宁沈阳110015)

摘要:固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高效率、低污染等优点,氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是目前用于SOFC的最成功的电解质材料,为了减小高温运行带来的困难,应用中需将YSZ制成薄膜。综述了制备YSZ薄膜的各种方法,其中包括化学气相沉积(CVD)、电化学气相沉积(EVD)、溶胶一凝胶法(Sol—gel)和喷雾热解法等化学方法;物理气相沉积技术(PVD)和喷涂技术等物理方法;以及电泳沉积法(EPD)、注浆成型法和离心浇铸法等陶瓷成型方法,介绍了近年来采用上述方法制备的YSZ膜的性能及其用于SOFC电池研究取得的实验结果,最后评述了这些方法各自的特点。关键词:固体氧化物燃料电池;电解质薄膜;YSZ中图分类号:TM

911.4

文献标识码:A文章编号:1002.087X(2004)07.0449.03

Progress

on

manufacturingofzirconiafilmforfuelcells

0Zhe2,HUANGXi—qian92,LIGuo—qin91,SUWen—huill

JIALil一,L

(1.DepartmentofPhysics,Dalian

Technology,Hafb证Institute

UniversityofTechnology,DalianLiaonin9116024,China;2.CenterforCondensedMatterScienceand

150001。China;3.Department

ofTechnology,HarbinHeilongfiang

ofCondensedMatterPhysics,Jilin

University,ChangchunJilin130023,China;4,InternationalCenterforMaterialsPhysics,Academia,ShenyangLiaonina110015,Chinaj

Abstract:Solidoxidefuelcells(SOFCs)havemanyadvantages,such

as

high

efficiencyandlowpollution.Yttriastabilized

zirconia(YSZ)isthemostsuccessful

electrolyte

to

materialforSOFC.However,toovercomethedifficultieswithhighoperating

filmforapplication.ThemanufacturingmethodsofelectrolyteYSZfilm

as

temperature,YSZshouldbeprepared

werereviewed.These

be

thin

methodsincluded:chemicalones,suchchemicalvapordeposition(CVD),electrochemicalvaporexample,physicalvapordeposition(PVD)andthermal

deposition(EVD),sol—gel

spraytechnology,andThepropertiesofYSZ

andspraypyrolysis,physicalones,for

ceramicpowderprocesses,e.g.electrophoreticdeposition(EPD),slipcastingandcentrifugalcasting.filmsmadebyabove—mentionedmethodsandtheexperimentalresultsoffuelcellsmadefromthese

methodwerereviewed

at

filmswereintroduced.ThecharacteristicsofeachKey

thesametime.

words:solidoxidefuelcell;electrolytefilm;YSZ

与其它几种燃料电池相比,固体氧化物燃料电池(SOFC)具有以下突出优点:(1)SOFC是全固体结构,没有因使用液体电解质带来的腐蚀和电解液流失的问题,可望实现长寿命运行;(2)SOFC在800~1000℃的高温下工作,不但电极催化剂无需采用贵金属,而且还可以通过内重整直接采用天然气、煤气和碳氢化合物做燃料,简化了电池系统;(3)SOFC排出的高质量余热可与燃气、蒸汽轮机等构成联合循环的发电系统,可提高总发电效率…。

氧化钇稳定的氧化锆(YSZ),在较宽的氧分压范围内有

较高的离子电导率,化学稳定性好,机械强度高,是SOFC中普遍采用的电解质材料。但由于YSZ在低温下比电阻过大。SOFC的工作温度需维持在800

000℃。较高的工作温度

虽然使SOFC具有上述优点,但同时也造成一些缺点,如对电池各部件的热稳定性、高温强度、电子导电率、热膨胀匹配、化学稳定性等要求较高,材料选用受限,同时高温下电极与电解质还会发生固相反应而使电池性能下降等。若能将电池的工作温度下降到中温区(500

800℃),不仅能提高电极

稳定性,选用较廉价的材料(如以不锈钢做连接材料、Ag等金属做电极材料等),降低电池对材料的性能要求及成本,减

收稿日期:2003—10.23

基金项目:国家“863”计划项目(200l大学校基金资助项目(HIT

200018)

AA

小热应力,提高电池的稳定性,延长电池寿命,更重要的是有

323090);哈尔滨工业

利于SOFC的规模化和民用化口1。考虑电池内阻的产生,研究开发中低温SOFC有以下三个途径:(1)电池元件的薄膜化;(2)选用中低温工作的固体电解质;(3)降低电极过电位。目前,降低SOFC工作温度的主要途径是使电池元件薄膜化,其中的关键是YSZ电解质的薄膜化。本文评述有关YSZ膜

作者简介:贾莉(1973一),女,黑龙江省人,讲师,博士研究生.主

要研究方向为固体氧化物燃料电池。

Biography:JIA“(1973一),female,lecturer,candidate

联系人:苏文辉

forPhD.

万方数据 

.V01.28No.7

449|u1.2004二

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