电子束物理气相沉积技术制备LSM阴极的研究

摘要

固体氧化物燃料电池因为综合效率高、污染少、全固态装置等优点越来越受到人们的青睐。在本文中，针对固体氧化物燃料电池的电极材料和制备方法进行了研究。在实验中，采用传统的板式电池结构，阴极材料为传统的锰酸锶镧(LSM)，电解质材料为8mol％氧化钇稳定氧化锆(YSZ)，阳极材料为镍-8mol％氧化钇稳定氧化锆(Ni-YSZ)。在阴极的制备中尝试采用电子束物理气相沉积技术。
　　针对固体氧化物燃料电池对材料的性能要求，采用固相反应法制备了固体氧化物燃料电池的电解质和电极材料，采用SEM和XRD等技术进行分析，从而对其工艺性能进行了研究，研究结果表明:950℃保温2h，然后在1250℃保温20min，最后在1200℃保温1h。经过这样的烧结工艺后，所制备出的材料才能符合固体氧化物燃料电池的要求;对于阴极材料的制备，将分析纯的氧化镧、碳酸锶和碳酸锰的混合粉末手工研磨2h后烧结，工艺条件为:压力5MPa，保压60s压片成型后，再在1200℃烧结并保温15h。这样才能得到LSM纯相;对于电解质的烧结，采用进口的纳米YSZ粉，在1500℃保温5h的烧结工艺下制备出的材料，最符合电解质的要求。
　　针对固体氧化物燃料电池的传统制备方法，采用涂覆法制备了固体氧化物燃料电池的电极薄膜，完成单电池的组装。在制备过程中，将质量比1∶20的乙基纤维素和溶剂松油醇混合，并置于通风、阴凉的地方静置72h后，再与电极材料混合制成浆料涂覆到电极上，制成的电极薄膜才能达到要求。
　　针对固体氧化物燃料电池阴极的制备新方法，采用电子束物理气相沉积技术制备阴极，研究结果表明:采用电子束物理气相沉积技术，通过控制工艺参数，能够制备出一定厚度的阴极，并且阴极组织具有柱状晶结构，能够增加氧的扩散通道，但由于气相沉积技术的特点，所制备的阴极具有部分的成分偏析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 固体氧化物燃料电池简介

1．3 固体氧化物燃料电池的工作原理

1．4 固体氧化物燃料电池的关键材料及研究现状

1．4．1 固体氧化物燃料电池的电解质材料及研究现状

1．4．2 固体氧化物燃料电池的电极材料

1．5 固体氧化物燃料电池的结构

1．6 课题研究意义

第2章 实验方法

2．1 材料的制备

2．1．1 阴极材料的制备

2．1．2 阳极NiO／YSZ的制备

2．1．3 电解质块体的制备

2．2 单电池的制备

2．2．1 单电池阳极薄膜的制备

2．2．2 单电池阴极薄膜的制备

2．3 性能测试

2．3．1 XRD测试

2．3．2 SEM及能谱分析

2．4 本章小结

第3章 材料制备的结果与讨论

3．1 阳极材料的结果与讨论

3．1．1 阳极材料的形貌分析

3．1．2 阳极粉体的相分析

3．2 电解质材料的结果与讨论

3．2．1 电解质材料的相分析

3．2．2 电解质材料的形貌分析

3．3 阴极材料的结果与讨论

3．3．1 阴极材料的相分析

3．3．2 阴极材料的形貌分析

3．4 本章小结

第4章 单电池的制备

4．1 阳极薄膜的制备

4．1．1 阳极浆料的制备

4．1．2 阳极薄膜的形貌分析

4．2 阴极薄膜的制备

4．2．1 阴极薄膜的形貌分析

4．2．2 电子束物理气相沉积技术制备的阴极薄膜的相分析

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 实验结论

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢

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