● 摘要
固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种举世公认的一种绿色能源，得到了世界范围内的广泛关注和大力研发，发展迅速。但是一般的SOFCs操作温度过高，使其在燃料电池产业中的实际应用带来很大的障碍，开发中温化SOFCs迫在眉睫。Iwahara等首先发现ABO3钙钛矿型化合物具有质子导电性，引起了人们极大的关注。在ABO3钙钛矿型化合物中，以某些三价阳离子掺杂的SrCeO3（SrCe1-xMxO3-δ：M是一些三价稀土金属阳离子；x是掺杂稀土离子的浓度，通常小于0.2）显示出较高的质子导电性，在中温具有纯的质子电导性而受到人们的关注。但是对于SrCeO3基材料的薄膜化研究则少见报道，本文就制备低成本制备负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜进行了一系列研究，并将其作为固体电解质，组装成燃料电池，测试其在燃料电池中的性能。本论文通过旋涂法在自制阳极基体上制备了负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜，首先在多孔NiO-SrCe0.9Y0.1O3-δ阳极支撑体上印刷制备了SrCe0.9Y0.1O3-δ质子导电膜。系统研究了几个重要的影响参数，如旋涂浆料的组成、负载膜坯体的烧结温度和保温时间的影响。研究结果表明，使用有机粘结剂与原料粉质量比为5：4，在1300℃烧结3h的条件下，制备出的负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜中SrCe0.9Y0.1O3-δ层致密、无裂纹，烧结之后膜厚度为10μm～20μm。电化学测试结果表明,开路电压可以达到1.00V，接近理论电压，电池Ni-SCY/SCY(15μm)/Ag，在600℃，700℃，800℃的最大功率密度分别为50mW/cm2，150mW/cm2，200mW/cm2。为了降低负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜的制备成本，采用丝网印刷法制膜，调整参数，使用有机粘结剂与原料粉质量比为5：3的浆料，在1300℃烧结3h的条件下获得的负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜最完整。电化学测试结果表明，开路电压可以达到1.05V，接近理论电压；电池Ni-SCY/SCY(15μm)/Ag，在600℃，700℃，800℃最大功率密度分别为90mW/cm2、155mW/cm2、200mW/cm2。本研究利用两种方法成功地在阳极基体上制备出了致密的SrCe0.9Y0.1O3-δ质子导电膜，使用致密负载型SrCe0.9Y0.1O3-δ膜成功地组装了燃料电池，该电池显示出了很好的电化学性能。