文档介绍：挤出成型法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池
王涵多,刘 江,丁 姣
    (华南理工大学化学与化工学院 广州 510641)
    摘 要:采用挤出成型法制备了添加石墨、淀粉、玉米粉 3 种不同阳极造孔剂的 NiO–YSZ 阳极支撑型管式固体氧化物燃料电池阳极基体,并用浸渍法制备了 YSZ (yttria-stabilized zirconia)膜电解质,以 LSM()为阴极制备成单电池。以空气为氧化剂,加湿氢气(约含有体积分数为 3%的水)为燃料,测试了单电池在 600~800 ℃的交流阻抗和输出性能,并采用扫描电镜对电池的微观结构进行了表征。结果表明:采用石墨为造孔剂时阳极基体微观结构较好,孔分布最均匀,且电池性能最好;单电池阳极管长度为 5cm,阴极有效面积为 ,在 800 ℃进行电池性能测试,其开路电压为 ,最大功率密度 241mW/cm2,单电池输出功率达到 。此时电池的总面积比电阻为  ·cm2,Ohm 面积比电阻仅为   ·cm2。
    关键词:固体氧化物燃料电池;阳极支撑体;挤出成型;造孔剂
    中图分类号:;    文献标志码:A   文章编号:0454–5648(2011)07–1140–05
    固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是一种全固体的能量转换装置,能将燃料中的化学能直接而连续地转换成电能。它效率高、燃料使用范围广,容易维护,全固态的电池结构,避免了使用液体电解质带来的腐蚀和电解液流失等问题,不仅可以用传统的 H2与 CO,而且可以直接用碳氢化合物甚至碳作为燃料。在所有燃料电池技术中,SOFC 由于其独特的优点受到越来越多的关注[1–3]。
    近来 SOFC 发展的趋势是将阳极作为薄层电解质结构的支撑体,即将阳极不仅作为一个电极结构单元,还作为应力承载体。阳极就成为整个 SOFC结构中最厚的单元。由于实现了电解质的薄膜化,就可大幅降低电池的工作温度,并在很大程度上降低了电极的极化[4–7]。阳极的制备方法有很多,常见的有流延法(tap-casting),注浆法(slipcasting),浸渍法(dip-coating)和挤出成型法(extrusion)等。各种方法各有其优劣点。作为一种常见的陶瓷产品的制备方法,挤出成型[8–9]是一种通过挤出机料筒和螺杆间的作用,边受热塑化,边以螺杆向前推送,使泥料连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。挤出成型法具有适用范围广、生产效率高、投资少等一系列优点,可自动化连续生产,适合挤出管状或柱状的陶瓷产品。通过控制合适的工艺及适当的烧结温度即可挤出并烧结得到符合要求,且具有一定机械强度的多孔管式阳极基体。挤出成型的过程对泥料的可塑性要求较高,塑性合适的泥料往往是挤出成型陶瓷产品是否合格的关键。往往需要在泥料中添加黏结剂来增加泥料的塑性,提高挤出成型的成品率。
    复合材料 NiO–YSZ 是普遍采用的 SOFC 阳极材料,具有结构稳定,机械性能良好等优点[10]。阳极支撑 SOFC 性能在很大程度上取决于阳极的微观结构,而微观结构又跟具体的制备工艺密切相关。由于阳极材料中含有 NiO 或其它