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等离子喷涂技术在固体氧化物燃料电池中的应用
作者:管理员    发布于:2016-03-13 10:31:01    文字:【】【】【

等离子喷涂是快速获得氧化物陶瓷涂层的常用方法,随着等离子热喷涂技术的不断发展,已经开发出了大气等离子喷涂(APS)、低压等离子喷涂(LPPS)等。特别是近年来随着纳米涂层研究和开发技术的发展,开发出高能等离子喷涂、以液体前驱体和粒子悬浮液为送粉方式的等离子喷涂。这些技术的开发也推动了等离子喷涂在制备SOFC功能元件或组件上的应用。经过多年等离子喷涂技术的发展,人们对采用等离子喷涂制备SOFC电池元件或组件进行了许多尝试,并进行了各种的电化学性能测试。

  与普通的电池一样,SOFC也主要是由阴极、阳极和电解质所组成。SOFC电池一般是由钙钛矿结构的多孔阴极LaMn3,多孔镍阳极和气密性好、电子绝缘的离子导体掺杂8(YSZ)薄膜电解质。这些功能薄膜根据设计在SOFC系统中进行布置。其排布方式主要由管式和板式。

  1等离子喷涂技术制备电解质的关键技术电解质将阴极的氧气和阳极的燃料分开,要求有较高的气密性,同时需要较高的离子导电性和电子绝缘性,目前一般使用掺杂8~10mol%Y23的Zr2(YSZ)薄膜。在SOFC系统中,YSZ电解质里的移动离子是氧离子。YSZ的离子电导率有限,在1000*C高温条件下的电导率也仅为传统电池电解质的十分之一,在电池元件中,其电导率远低于其它电池元件,这也是SOFC需要在高温下运行的原因。1000C高温下运行大大提高了SOFC系统中相关材料的要求,加了运行成本。近年来提出了中温固体氧化物燃料电池,其运行温度在650~ 800C之间,在这样的温度条件下,可以大大降低对电池中材料的要求。因此,提高电解质YSZ的离子导电率是燃料电池中的关键。目前认为提高电解质离子电导率比较可行的方法是电解质薄化和结构纳米化,或者开发出新型替代电解质。等离子喷涂涂层为层状结构,层间和层内存在大量缺陷,而且在冷却过程中电解质受激冷,导致涂层中出现裂纹,很难满足燃料电池的需要,往往要对涂层进行后续致密化处理。常用致密化方法有烧结、表面化学致密化和电火花等离子烧结方法8)等。

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