基于納米CT技術研究運行后Ni-YSZ陽極三維微結構變化

郭鵬飛 關 勇 劉 剛 田揚超

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基于納米CT技術研究運行后Ni-YSZ陽極三維微結構變化

郭鵬飛 關 勇 劉 剛 田揚超

（中國科學技術大學 國家同步輻射實驗室 合肥 230029）

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)陽極不僅提供了電化學反應的三相界面(Three-phase boundary, TPB)區域，而且在物質傳輸、擴散和燃料電池反應中不同物質之間的隔離起到積極作用。在運行期間，電極微結構發生變化。對SOFC陽極微結構演變的研究能夠幫助我們理解長期運行的SOFC性能損失的原因。近年來不斷發展的X射線納米CT (Computed Tomography)技術使得可以無損地獲得測試前后的陽極三維微結構。本文利用硬X射線納米CT技術對Ni-YSZ復合陽極進行了三維重建，并采用自主開發的一些定量分析方法來獲得陽極微結構的關鍵參數，如顆粒尺寸、每種相的體積分數和連通率等。發現在電池測試后，Ni顆粒尺寸增大，與之相對是由于Ni顆粒的聚集導致Ni相的連通性和三相界面長度明顯下降。結果表明，在電池測試過程，Ni顆粒發生了團聚，電極微結構發生了改變，進而導致SOFC性能損失。陽極結構的數據表明，X射線納米CT技術能夠作為一個強力工具研究能源材料的微結構，為陽極結構優化提供重要參考數據。

X射線成像，復合陽極，三維結構，連通性

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一種將燃料的化學能直接轉化為電能的能源裝置，它具有能量轉化率高、穩定性好、燃料氣體種類廣泛和環境友好等優點[1]。SOFC陽極一般采用由金屬Ni和氧離子導體材料氧化釔穩定氧化鋯(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)構成的復合多孔介質。……