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钇稳定纳米氧化锆在固体氧化物燃料电池上的应用

发布时间:2018-07-10 20:03:21
 

钇稳定纳米氧化锆在固体氧化物燃料电池上的应用

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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,简称SOFC)属于第三代燃料电池,是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。 

SOFC系统中有2个构件,即阳极和电解质都选择钇稳定氧化锆(YttriaStabilizedZirconia,YSZ).

一、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的阳极

SOFC反应中包括燃料或氧气(通常是空气),电解质(固体或液体)和电极3种物质的接触,三相接触是燃料电池设计的关键技术之一.  SOFC的关键技术体现在电池构件的材料选择方面, SOFC系统中阳极支撑体采用摩尔分数8%的Y2O3掺杂于氧化锆陶瓷(厚度1mm),阳极功能层为10~20μm厚度的NiO+YSZ薄膜.  电池专用钇稳定纳米氧化锆(VK-R50Y8)是应用于固体氧化物燃料电池中的理想材料。

二、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的电解质

SOFC电解质的常用材料是氧化锆,但纯氧化锆在1000℃时电导率很低,为10-7S·cm-1,接近于绝缘物质,氧离子导电性很差,一般采用掺杂的办法来提高其导电性,所以用氧化钇掺杂的氧化锆提高其导电能力。钇稳定纳米氧化锆(VK-R50Y8)抗氧化还原的稳定性好,价廉易得,并且在高温下具有足够高的氧离子导电率,良好的化学稳定性和机械性能,因而被应用于制备SOFC的电解质薄膜。

高温燃料电池系统中影响钇稳定氧化锆(YSZ)的性能有两方面:杂质含量和粒度,因为超细的粉末具有巨大的表面积,使材料的烧结驱动力剧增,扩散速率也增加,扩散路径缩短,从而使烧结过程显著加快,使烧结温度降低,有利于后期组件的制备。又由于电解质在燃料电池中有物理隔离层的作用,所以需形成致密结构,从而也要求粉体粒度小,粒径均匀。钇稳定纳米氧化锆(VK-R50Y8)粒径50-80nm,具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。利用本品掺杂不同元素的导电特性,广泛用于制做固体氧化物燃料电池中。

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