钇稳定纳米氧化锆（UG-R30Y8）在固体氧化物燃料电池上的应用

时间：2020-10-14 16:00:07 来源： 点击量：1444

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高速、高率、环保地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。  SOFC系统中有2个构件：阳极和电解质。这两者都可以选择钇稳定纳米氧化锆(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。 一、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的阳极 SOFC反应中包括燃料或氧气(通常是空气)、电解质(固体或液体)和电极3种物质的接触，三相接触是燃料电池设计的关键技术之一。SOFC的关键技术体现在电池构件的材料选择方面， SOFC系统中阳极支撑体采用摩尔分数8%的氧化钇（Y2O3）掺杂于氧化锆陶瓷(厚度1mm)，阳极功能层为10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。电池专用钇稳定纳米氧化锆（UG-R30Y8）是应用于固体氧化物燃料电池中的理想材料。 二、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的电解质 SOFC电解质的常用材料是氧化锆，但纯氧化锆在1000℃时电导率很低，为10-7S·cm-1，接近于绝缘物质，氧离子导电性很差，一般采用掺杂的办法来提高其导电性，一般是用氧化钇掺杂的氧化锆提高其导电能力。钇稳定纳米氧化锆（UG-R30Y8）抗氧化还原的稳定性好，价廉易得，并且在高温下具有足够高的氧离子导电率，良好的化学稳定性和机械性能，因而被应用于制备SOFC的电解质薄膜。  高温燃料电池系统中影响钇稳定氧化锆（YSZ）的性能有两方面：杂质含量和粒度，因为超细的粉末具有巨大的表面积，使材料的烧结驱动力剧增，扩散速率也增加，扩散路径缩短，从而使烧结过程显著加快，使烧结温度降低，有利于后期组件的制备。又由于电解质在燃料电池中有物理隔离层的作用，所以需形成致密结构，从而也要求粉体粒度小，粒径均匀。优锆钇稳定纳米氧化锆（UG-R30Y8）粒径20-40nm，具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。利用本品掺杂不同元素的导电特性，可广泛用于制做固体氧化物燃料电池。