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固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高效、低污染等优点被认为是未来很有希望的绿色发电方式之一,受到人们的越来越广泛的关注。降低电池的工作温度,从而降低成本、延长寿命已经成为目前研究的热点。减小电解质膜的厚度是降低电池工作温度,保持电池输出性能的有效方法之一。因此,开发低成本、高效率的电解质薄膜制备工艺是获得高性能燃料电池的重要途径。
本文采用丝网印刷法和磁控溅射法制备电解质薄膜,研究了影响这两种工艺制备效果的几个重要参数,并对两种方法制备的电解质薄膜及组装的电池进行了简单的对比。
对于丝网印刷法,研究结果首先表明,初始YSZ粉末的性质对所得到的电解质薄膜的微观结构、电池的开路电压和电池的性能都有很大的影响。经过比较,球磨法研制的YSZ粉末可以获得更好的电池性能。然后是选取合适的阳极基体,对流延基体、不同预烧温度的压片阳极基体分别进行了比较,最终选择使用预烧1100℃的压片阳极。选取不同固含量的YSZ浆料,对所得到的电池性能进行比较,最终确定30%固含量为最佳。最后,印刷了不同的层数,对所得到的电解质薄膜及电池的性能进行了比较。
对于磁控溅射法,主要研究了热处理、阳极预烧温度以及溅射衬底温度几个因素的影响。首先,对溅射所得到的电解质薄膜进行热处理,并与未经热处理的电解质薄膜及所组装的电池性能影响进行了比较。研究结果究表明,用热处理过的电解质薄膜组装的电池输出性能更好。第二,选取不同的预烧温度制备阳极基体,对所制备电池的性能及开路电压进行比较,最终确定使用预烧1200℃的压片基体。第三,选取不同的溅射衬底温度,对所得到的电池的性能及开路电压进行了比较及讨论。
最后,对利用丝网印刷法和磁控溅射法所得到的电池性能进行了简单的对比。