等离子喷涂法制备金属基支撑平板式中温固体氧化物燃料电池

金属基支撑型中温固体氧化物燃料电池（SOFC）除具有能量转换效率高的特点外，还具有强度高，热应力低，能快速启动等显著特点。等离子喷涂方法的参数可控性强，重复性好，成膜效率高；不需高温烧结，制作周期短；成本低，并适合规模化生产。本项目采用等离子喷涂法制备金属基支撑型SOFC。研究各种喷涂参数(原料粒径、喷涂距离、功率、气氛等)与电池材料（阳极，电解质和阴极）微观结构，以及电池的中温电化学性能三者之间的有机联系和内在规律；探讨等离子喷涂法在多功能层复合结构控制中的问题和解决方法。研究喷涂参数对于膜材料物相、化学计量比、电导率等基本性质的影响；通过规避高温烧结过程中电池材料之间的化学反应，制备并研究一些传统烧结法无法实现的材料组合，以及一些高温下稳定性差但中低温下性能优异的电池材料所形成电池的电化学性能。这些研究将会促进SOFC技术和等离子喷涂方法的学科发展，对SOFC的实际应用也会有推动作用。

金属基支撑型中温固体氧化物燃料电池（ITSOFCs）除具有能量转换效率高的特点外，还具有强度高，热应力低，能快速启动等显著特点。本项目采用大气等离子喷涂方法（APS）在金属基体上先后喷涂阳极、电解质和阴极，制备了中温固体氧化物燃料电池。通过系统地控制多种喷涂参数(原料粒径、喷涂距离、功率、气氛等)，获得了具有较理想微观结构和形貌的阳极层和阴极层；通过浸渍修饰等手段，提高了电解质层的致密度（气密性）。对喷涂制备的Ni+ Ce0.8Gd0.2O1.9 (CGO)/CGO/ La0.8Sr0.2MnO3 (LSM)单电池和新型的Ni+CGO/ La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3 (LSGM)/ La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3- (LSCF)单电池的性能进行了测试表征。其中，Ni+CGO/LSGM/LSCF单电池在745oC，以H2为燃料气，O2为氧化气时的开路电压为1.030V，最大输出功率密度为252mW/cm2。这部分工作表明，等离子喷涂可以制备高性能的金属基支撑平板式中温固体氧化物燃料电池，但电解质涂层的致密化问题是一个主要挑战。