【摘 要】
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管式固体氧化物燃料电池的独特构造使其具有抗热冲击性、耐用性以及易于堆栈组装等优点,但管状电极支撑的薄膜电解质材料的制备工艺较为复杂。限域内共烧结简化了工序,缩短了制造周期,具有较强的生产可行性,可满足电解质薄膜的制备要求。本论文分别采用浸渍法和离心沉积技术在石英管模具内壁制备了YSZ电解质膜层,并结合冷等静压-限域内共烧结技术,成功制备得到了管状Ni O-YSZ支撑电解质膜层材料,研究了浸渍次数、
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管式固体氧化物燃料电池的独特构造使其具有抗热冲击性、耐用性以及易于堆栈组装等优点,但管状电极支撑的薄膜电解质材料的制备工艺较为复杂。限域内共烧结简化了工序,缩短了制造周期,具有较强的生产可行性,可满足电解质薄膜的制备要求。本论文分别采用浸渍法和离心沉积技术在石英管模具内壁制备了YSZ电解质膜层,并结合冷等静压-限域内共烧结技术,成功制备得到了管状Ni O-YSZ支撑电解质膜层材料,研究了浸渍次数、造孔剂含量、烧结温度对管式Ni O-YSZ（?）YSZ电池半体成型性能的影响,并初步分析了烧结成型机理。通过SEM与EDS对样品微观结构以及膜层表面元素分布进行分析,观察到膜层厚度随浸渍次数增加依次为1.0μm、2.5μm、4.2μm,并且膜层完整性随着浸渍次数增加而提升;添加15 wt%造孔剂的基体在烧结后得到的孔隙结构更加均匀,但浸渍制备膜层的完整性会随基体造孔剂添加量的增加而下降。离心沉积技术可在高造孔剂基体上制备~24μm厚度的完整膜层,使基体与膜层同时获得理想的结构。随着烧结温度的升高,膜层中YSZ晶粒长大,孔隙减少,膜层更加致密;基体中YSZ颗粒相联结形成网状结构,Ni O颗粒镶嵌其中,在高温烧结下得到各元素分布均匀的Ni O-YSZ支撑体。通过对比坯体与石英管在不同温度区间内的热膨胀系数差异,得到660~820℃区间为有效限域加压烧结阶段,此时坯体与石英管热膨胀差异为2.12×10-5 K-1,烧结压应力加速了颗粒间的原子扩散,促进了粉末颗粒间的结合和材料的致密化,从而为后续高温下的长时间保温烧结提供一定的坯体强度。
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