阳极支撑构型BaZr_0.8Y_0.2O_3-δ基质子导体固体氧化物燃料电池的制备及性能研究

摘要

质子导体固体氧化物燃料电池（H⁺-SOFC）是一种采用全固态质子陶瓷导体为电解质的先进燃料电池技术。与传统氧离子导体SOFC相比，具有低运行温度、高性能稳定性、高燃料利用率等优点。然而，高化学稳定性BaZr_0.8Y_0.2O_3-δ（BZY20）电解质的烧结活性差，导致BZY20基H⁺-SOFC的电化学性能偏低。针对该问题，通过优化阳极支撑体和电解质膜在共烧结过程中的烧结收缩行为来促进BZY20电解质的致密化，研究了添加不同类型造孔剂的阳极支撑体孔结构和烧结收缩率，成功制备出构型为Ni-BZY20/BZY20/La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δBaCe_0.7Zr_0.1Y_0.1Yb_0.1O_3-δ纽扣电池。相比于玉米淀粉造孔剂，采用同等质量比的石墨造孔剂所制得电池的阳极孔隙率更高（～21%），且BZY20电解质膜的致密性好、晶粒较大，这些显微结构特征使其电化学性能也得到提升。在此基础上，进一步优化电解质膜制备工艺，将BZY20的厚度从39μm降至12μm，这一举措最终使得电池的欧姆电阻Ro降低了一半，且电池在600℃下的功率密度达到210 mW·cm^-2。

关键词

质子导体固体氧化物燃料电池 / 造孔剂 / 阳极 / BaZr_0.8Y_0.2O_3-δ / 烧结收缩率

基金资助

国家自然科学基金(52372182,52302228);国家自然科学基金外国学者研究基金(22250610201)