釔穩(wěn)定納米氧化鋯在固體氧化物燃料電池上的應(yīng)用

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固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱(chēng)SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來(lái)會(huì)與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。 

SOFC系統(tǒng)中有2個(gè)構(gòu)件,即陽(yáng)極和電解質(zhì)都選擇釔穩(wěn)定氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ).

一、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的陽(yáng)極

SOFC反應(yīng)中包括燃料或氧氣(通常是空氣),電解質(zhì)(固體或液體)和電極3種物質(zhì)的接觸,三相接觸是燃料電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一.  SOFC的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在電池構(gòu)件的材料選擇方面, SOFC系統(tǒng)中陽(yáng)極支撐體采用摩爾分?jǐn)?shù)8%的Y2O3摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm),陽(yáng)極功能層為10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜.  電池專(zhuān)用釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）是應(yīng)用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。

二、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的電解質(zhì)

SOFC電解質(zhì)的常用材料是氧化鋯，但純氧化鋯在1000℃時(shí)電導(dǎo)率很低，為10-7S·cm-1，接近于絕緣物質(zhì)，氧離子導(dǎo)電性很差，一般采用摻雜的辦法來(lái)提高其導(dǎo)電性，所以用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導(dǎo)電能力。釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）抗氧化還原的穩(wěn)定性好，價(jià)廉易得，并且在高溫下具有足夠高的氧離子導(dǎo)電率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，因而被應(yīng)用于制備SOFC的電解質(zhì)薄膜。

高溫燃料電池系統(tǒng)中影響釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）的性能有兩方面:雜質(zhì)含量和粒度,因?yàn)槌?xì)的粉末具有巨大的表面積,使材料的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力劇增,擴(kuò)散速率也增加,擴(kuò)散路徑縮短,從而使燒結(jié)過(guò)程顯著加快,使燒結(jié)溫度降低,有利于后期組件的制備。又由于電解質(zhì)在燃料電池中有物理隔離層的作用,所以需形成致密結(jié)構(gòu),從而也要求粉體粒度小,粒徑均勻。釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）粒徑50-80nm，具有納米顆粒尺寸細(xì)、粒度分布均勻、無(wú)硬團(tuán)聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導(dǎo)電特性，廣泛用于制做固體氧化物燃料電池中。