釔穩(wěn)定納米氧化鋯在固體氧化物燃料電池上的應用

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固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環(huán)境友好地轉化成電能的全固態(tài)化學發(fā)電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。 

SOFC系統(tǒng)中有2個構件,即陽極和電解質都選擇釔穩(wěn)定氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ).

一、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的陽極

SOFC反應中包括燃料或氧氣(通常是空氣),電解質(固體或液體)和電極3種物質的接觸,三相接觸是燃料電池設計的關鍵技術之一.  SOFC的關鍵技術體現(xiàn)在電池構件的材料選擇方面, SOFC系統(tǒng)中陽極支撐體采用摩爾分數(shù)8%的Y2O3摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm),陽極功能層為10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜.  電池專用釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）是應用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。

二、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的電解質

SOFC電解質的常用材料是氧化鋯，但純氧化鋯在1000℃時電導率很低，為10-7S·cm-1，接近于絕緣物質，氧離子導電性很差，一般采用摻雜的辦法來提高其導電性，所以用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導電能力。釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）抗氧化還原的穩(wěn)定性好，價廉易得，并且在高溫下具有足夠高的氧離子導電率，良好的化學穩(wěn)定性和機械性能，因而被應用于制備SOFC的電解質薄膜。

高溫燃料電池系統(tǒng)中影響釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）的性能有兩方面:雜質含量和粒度,因為超細的粉末具有巨大的表面積,使材料的燒結驅動力劇增,擴散速率也增加,擴散路徑縮短,從而使燒結過程顯著加快,使燒結溫度降低,有利于后期組件的制備。又由于電解質在燃料電池中有物理隔離層的作用,所以需形成致密結構,從而也要求粉體粒度小,粒徑均勻。釔穩(wěn)定納米氧化鋯（VK-R50Y8）粒徑50-80nm，具有納米顆粒尺寸細、粒度分布均勻、無硬團聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導電特性，廣泛用于制做固體氧化物燃料電池中。