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固体氧化物燃料电池(SOFC)被认为是二十一世纪最有前景的绿色能源技术之一。近年来,降低SOFC的操作温度到600℃~800℃成为人们研究的热点之一。操作温度的降低可以通过开发新的高电导的电解质材料以及电解质薄膜化两条途径来实现。Y2O3稳定的ZrO2 (YSZ)具有优越的热稳定性和化学稳定性、优异的力学性能以及在较宽的氧分压范围内呈现纯氧离子导电特性等优点,是SOFC最常用的电解质材料之一。因此,YSZ电解质的薄膜化是目前实现SOFC中温化的有效途径。本文采用浸渍涂敷法制备NiO-YSZ阳极支撑的YSZ电解质薄膜,并研究了烧结工艺对YSZ电解质性能以及电池放电性能的影响。首先,改进了原有的浸渍涂敷工艺,成功地制备出致密的YSZ电解质薄膜。改进包括以下四个部分:将涂敷浆料球磨的时间由24h延长至48h;将烧结过程中中温区(1200℃)保温时间由30min延长至120min;压片阳极的预烧温度由1200℃降至1000℃;使用纯锆板作为烧结时的衬底。研究结果表明:浸渍涂敷两次且经1500℃烧结5h制备的YSZ电解质薄膜厚度约为27μm ,与阳极之间接触良好,致密无缺陷。在测试温度范围(650℃~850℃)内,单电池的开路电压稳定在1.12V~1.19V。在800℃时,单电池的最大功率密度为505mW/cm2。其次,详细的研究了烧结制度对YSZ电解质薄膜性能以及电池放电性能的影响。研究结果表明,在S15 (1500℃烧结5h)、S14 (1400℃烧结6h)和S13-20 (1300℃烧结20h)三种烧结制度下均可以制备出致密的YSZ电解质薄膜;采用不同烧结制度获得的YSZ电解质,其YSZ晶粒的大小及离子导电性不同。YSZ电解质薄膜的致密度由高到低为S15﹥S14≈S13-20;YSZ晶粒的尺寸由大到小为S15﹥S14﹥S13-20;中低温范围(750℃和800℃)内YSZ电解质薄膜离子导电性由高到低为S13-20﹥S14﹥S15。当YSZ电解质薄膜的烧结制度分别为S15、S14和S13-20,单电池在800℃测试时,其开路电压分别为1.14V、1.13V和1.11V,接近理论电压;最大功率密度分别为505mW/cm2、623mW/cm2和671mW/cm2。实验证明,当烧结制度为S13-20时,电池的综合性能最好:在750℃、800℃和850℃时,单电池的开路电压分别为1.13V、1.11V和1.10V;最大功率密度分别为419mW/cm2、671mW/cm2和800mW/cm2;YSZ电解质薄膜离子电导率分别为0.0153S/cm、0.0222S/cm和0.028S/cm。最后,优化后的浸渍涂敷工艺被成功的用于制备平板式大尺寸SOFC和管式SOFC用YSZ电解质薄膜,并且对平板式大尺寸SOFC单体电池和管式SOFC单体电池进行了放电测试。对于平板式单体电池,当电池尺寸为55mm×55mm,阴极面积为30mm×30mm,在800℃测试时,其开路电压为1.04V,最大功率为1.32W,最大功率密度为146mW/cm2。对于管式单体电池,当电池总长度为30mm、阴极长度为15mm、阴极面积为3.768cm2且在800℃测试时,其开路电压为1.0V,最大功率为416mW,最大功率密度为110mW/cm2。