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是一個離子傳導薄膜，材料是釔穩定氧化鋯，該材料是純氧離子導體，在800℃以下時具有很好的傳導性，并且有很好的機械和熱穩定性。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，陶瓷基的混合質子-電子導體膜有更加優異的機械和熱穩定性及長期的工作穩定性，制造成本比聚合物薄膜或貴金屬合金薄膜低的優勢。本研究中采用的激光加工設備是脈沖激光設備，脈沖頻率設置為15kHz，是激光源的最小脈沖寬度，目的是使熱效應最小化。

通過激光加工設備，制備了薄且自支撐的釔穩定氧化鋯電解質，用于電解質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域厚度大約20μm，直徑大約8mm，由于彎曲因素的限制，活性區域的厚度小于1mm，總有效活性區域通過多層重疊固定在加強肋上。由于激光加工設備制造時產生的表面裂紋，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