SOFC系統(tǒng)中有2個(gè)構(gòu)件:陽(yáng)極和電解質(zhì)。這兩者都可以選擇釔穩(wěn)定納米氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。
一、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的陽(yáng)極
SOFC反應(yīng)中包括燃料或氧氣(通常是空氣)、電解質(zhì)(固體或液體)和電極3種物質(zhì)的接觸,三相接觸是燃料電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。SOFC的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在電池構(gòu)件的材料選擇方面, SOFC系統(tǒng)中陽(yáng)極支撐體采用摩爾分?jǐn)?shù)8%的氧化釔(Y2O3)摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm),陽(yáng)極功能層為10~20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。電池專用釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)是應(yīng)用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。
二、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的電解質(zhì)
SOFC電解質(zhì)的常用材料是氧化鋯,但純氧化鋯在1000℃時(shí)電導(dǎo)率很低,為10-7S·cm-1,接近于絕緣物質(zhì),氧離子導(dǎo)電性很差,一般采用摻雜的辦法來(lái)提高其導(dǎo)電性,一般是用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導(dǎo)電能力。釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)抗氧化還原的穩(wěn)定性好,價(jià)廉易得,并且在高溫下具有足夠高的氧離子導(dǎo)電率,良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能,因而被應(yīng)用于制備SOFC的電解質(zhì)薄膜。
高溫燃料電池系統(tǒng)中影響釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)的性能有兩方面:雜質(zhì)含量和粒度,因?yàn)槌?xì)的粉末具有巨大的表面積,使材料的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力劇增,擴(kuò)散速率也增加,擴(kuò)散路徑縮短,從而使燒結(jié)過(guò)程顯著加快,使燒結(jié)溫度降低,有利于后期組件的制備。又由于電解質(zhì)在燃料電池中有物理隔離層的作用,所以需形成致密結(jié)構(gòu),從而也要求粉體粒度小,粒徑均勻。優(yōu)鋯釔穩(wěn)定納米氧化鋯(UG-R30Y8)粒徑20-40nm,具有納米顆粒尺寸細(xì)、粒度分布均勻、無(wú)硬團(tuán)聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導(dǎo)電特性,可廣泛用于制做固體氧化物燃料電池。