低曲折因子的固体氧化物燃料电池阳极活化层制备及电极过程研究

固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体上的阳极活化层有利于提高阳极反应活性中心三相界面（TPB）的密度，从而提高电池的输出功率，但阳极活化层可发挥的功效受到阳极支撑体的制约，目前这一制约关系尚不清楚。申请人提出可以用阳极支撑体的气孔曲折因子Ta和活化层的曲折因子Tb来研究上述制约关系，并认为当Ta和Tb尽量小，且Ta<<Tb时，阳极活化层可以发挥较好的活化作用；当Ta和Tb较大，且Ta接近Tb时，阳极活化层反而会有钝化作用。申请人进而提出了"大孔支撑体+含有中孔的微孔活化层"的新型阳极构型，在传统的微孔活化层中引入中间尺度的气孔，提高了活化层的气体输运能力，扩大了反应活性区域，同时减小了浓差极化的影响。在此基础上，进一步建立阳极活化层的有效TPB密度模型，指导阳极材料设计。本项目将加深对阳极活化层电极过程的认识，利于评价SOFC电化学性能的潜力。

本工作利用高分子辅助燃烧法、固相混合球磨法、碳酸铵共沉淀法、碳酸钠共沉淀法、氢氧化钠共沉淀法制备了Sm0.5Sr0.5CoO3（SSC）阴极粉体、Ce0.8Sm0.2O1.9（SDC）电解质粉体和SDC/NiO阳极粉体。粒子形貌有颗粒、片状、棒状等。高活性电解质粉体可在1200度烧结致密，且可加入到粗粉体系中促进烧结。阻抗谱分析证明SDC电解质烧结时外界的杂质可能对晶界电导率带来明显阻碍。.　　在研究阳极支撑体与电解质薄膜共烧研究中，本工作以陶瓷烧结过程中的粘性特征为基础，建立了共烧变形曲率k的新模型，k＝c*f(d)，c为常数，f(d)为支撑体与薄膜收缩率差异d的简单函数。本工作采用d值在0.91% 到-0.12%之间的三组样品进行了共烧实验，其结果较好地验证了模型公式。同时，由已发表的文献中提取的数据也证明了此模型的有效性。.　　通过共沉淀法制备阳极粉体，获得了700度电导率达700S/cm的支撑体和2000S/cm的活化层，活化层孔径~0.3微米。在活化层内部正在尝试用PMMA小球造孔剂引入中等大小的气体流动管道。为表征阳极孔隙结构，现已经通过设定浓差极化的电池反应条件，计算了不同的温度、电流密度、电池参数等条件下的曲折因子，其数值围绕5，有比较大的变动范围。另外，通过对计算模型的深入分析，我们意识到从曲折因子的角度对阳极显微结构进行分析是一个较复杂的问题，其可靠性尚待进一步研究。