固體氧化物燃料電池的激光加工陶瓷薄膜特性

固體氧化物燃料電池的激光加工陶瓷薄膜特性

固體燃料電池具有高效率和無污染物排放的優(yōu)點，可以制作的很小,便于作為移動供電裝置。固體燃料電池的電解質(zhì)是一個離子傳導(dǎo)薄膜，材料是釔穩(wěn)定氧化鋯，該材料是純氧離子導(dǎo)體，在800℃以下時具有很好的傳導(dǎo)性，并且有很好的機械和熱穩(wěn)定性。但是固體氧化物燃料電池的工作溫度太高了，因此，要盡量降低工作溫度，改善電池工作的長期穩(wěn)定性。

通過激光加工的薄膜（圖1）可以增加氫氣的流動能力，陶瓷基的混合質(zhì)子-電子導(dǎo)體膜有更加優(yōu)異的機械和熱穩(wěn)定性及長期的工作穩(wěn)定性，制造成本比聚合物薄膜或貴金屬合金薄膜低的優(yōu)勢。本研究中采用的激光加工設(shè)備是脈沖激光設(shè)備，脈沖頻率設(shè)置為15kHz，是激光源的最小脈沖寬度，目的是使熱效應(yīng)最小化。

通過激光加工設(shè)備，制備了薄且自支撐的釔穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)，用于電解質(zhì)自支撐的固體氧化物燃料電池，以降低工作溫度。這種自支撐薄膜的活性區(qū)域厚度大約20μm，直徑大約8mm，由于彎曲因素的限制，活性區(qū)域的厚度小于1mm，總有效活性區(qū)域通過多層重疊固定在加強肋上。由于激光加工設(shè)備制造時產(chǎn)生的表面裂紋，會使薄膜的抗彎強度減少大約26%，薄膜的粗糙度是2.5μm，并且由于激光燒融會在薄膜上產(chǎn)生納米顆粒。納米顆粒層和低粗糙度對電池的陰極極化并沒有不利影響，相反，陰極的極化阻抗在650℃～850℃溫度范圍內(nèi)減少了5%。

刊名：Hydrogen Energy（英）

刊期：2017年第42期

作者：J.A.Cebollero

編譯：賈春輝