论文总字数：20812字

摘 要

提升SOFC性能的方法之一是减小组件间的接触电阻，使用接触良好的电流收集器来连接金属连接体和电极，可以有效降低连接体和电极之间的接触电阻。本文通过流延-相转化结合激光刻蚀的方法制备出Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ（SSC）电流收集体（cathode current-collecting element，CCCE）作为一个独立的器件，从而解决常用的涂层式电流收集体产生的问题。通过改变SSC集流体浆料中溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）和粘结剂聚醚砜（PESF）的组分来研究相应基体的形貌结构、机械性能以及电化学性能。其中，当NMP/SSC的比重为0.6，PESF/SSC的比重为0.095时，电流收集体的孔道最多且连续均匀，并且有着适宜的气孔率和弯曲强度。在阴极表面装配有集流体的SOFC与以传统的银浆作为集流层的电池相对比，其电化学性能提升。其中，对称电池的极化阻抗相比降低了75%，并且其单电池的功率密度相比提升了40%。

关键词：固体氧化物燃料电池 阴极材料 相转化 电化学性能 钴酸锶钐

Effect of Slurry Composition on the Structure of SSC Current Collector

Abstract

One way to improve the performance of Solid oxide fuel cell is reducing the contact resistance between components. The well-contact cathode current-collecting element (CCCE) between metal connectors and electrodes could effectively reduce the resistance. In this paper, to solve the problems caused by current collector fabricated via brush painting method, Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ cathode current-collecting element, as an independent device, was prepared with tape-casting, phase-inversion technique and laser ablation method. The composition of NMP and PESF is investigated to research morphology, mechanical property and electrochemical properties of SSC-based CCCE. The result shows that there are the most opening-up pores in the element when the weight ratio of NMP/SSC is 0.6 and PESF/SSC is 0.095, it also has a suitable porosity and bending strength. The SOFC with CCCE exhibits better electrochemical property than that using Ag as current collector. The result shows that the polarization resistance of the symmetrical battery is reduced by 75%, and the power density of the single cell is increased by 40%.

Key Words: Solid oxide fuel cells, SOFC; Cathode material; Phase inversion; Electrochemical property; Samarium strontium cobaltite

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 固体氧化物燃料电池（SOFC） 1

1.3 SOFC的组成材料 3

1.3.1 阳极材料 3

1.3.2 电解质材料 3

1.3.3 阴极材料 3

1.4 电池基体的制备方法 4

1.4.1 干压法 4

1.4.2 流延法 4

1.4.3 相转化法 5

1.5 SOFC阴极材料和阴极电流收集体的研究进展 6

1.6 论文研究内容 7

第二章 实验方法及表征 8

2.1 实验原料及仪器设备 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 粉体的合成以及试样的制备 9

2.2.1 SSC阴极粉料的制备 9

2.2.2 SSC电流收集器的制备 9

2.2.3 对称电池的制备 11

2.2.4 单电池的制备 11

2.3 实验表征方法 11

2.3.1 物相形貌分析 11

2.3.2 粘度测定分析 12

2.3.3 气孔率测试 12

2.3.4 弯曲强度测试 12

2.3.5 电化学性能测试 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 晶体结构 14

3.2 浆料组分对SSC电流收集体结构的影响 14

3.2.1 溶剂NMP的含量对SSC集流器基体结构的影响 14

3.2.2 粘结剂PESF的含量对基体结构的影响 16

3.3 电化学性能测试 19

3.3.1 集流器的装配方式 19

3.3.2 对称电池的交流阻抗分析 19

3.3.3 单电池电化学性能分析 20

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1 引言

随着近现代工业技术的不断发展和科学水平的提高，化石、石油、煤炭等能源的需求愈来愈高，以满足人们对生活品质提高的要求。但是随着这些不可再生资源的不断开采，导致出现了资源枯竭和环境污染等一系列问题。如何高效利用有限的能源，同时降低二氧化碳及其他污染物的排放成为了人类亟需解决的问题。因此，以高效率的方式使用燃料能源以及可持续、可再生能源是社会发展的趋势。

燃料电池(Fuel Cell)是能把燃料中的化学能直接转变成为电能的一种化学装置，是继水力发电、原子能发电和热能发电之后的第四类发电技术^[1]。燃料电池与其他传统的发电装置相比，是以燃料和空气作为原料，其工作效率较高，不需要剧烈燃烧，且没有噪声的影响，不会对环境产生不利影响。因此，燃料电池是最有发展前途的发电技术^[2]。

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