固体氧化物燃料电池的激光加工陶瓷薄膜特性

固体氧化物燃料电池的激光加工陶瓷薄膜特性

固体燃料电池具有高效率和无污染物排放的优点，可以制作的很小,便于作为移动供电装置。固体燃料电池的电解质是一个离子传导薄膜，材料是钇稳定氧化锆，该材料是纯氧离子导体，在800℃以下时具有很好的传导性，并且有很好的机械和热稳定性。但是固体氧化物燃料电池的工作温度太高了，因此，要尽量降低工作温度，改善电池工作的长期稳定性。

通过激光加工的薄膜（图1）可以增加氢气的流动能力，陶瓷基的混合质子-电子导体膜有更加优异的机械和热稳定性及长期的工作稳定性，制造成本比聚合物薄膜或贵金属合金薄膜低的优势。本研究中采用的激光加工设备是脉冲激光设备，脉冲频率设置为15kHz，是激光源的最小脉冲宽度，目的是使热效应最小化。

通过激光加工设备，制备了薄且自支撑的钇稳定氧化锆电解质，用于电解质自支撑的固体氧化物燃料电池，以降低工作温度。这种自支撑薄膜的活性区域厚度大约20μm，直径大约8mm，由于弯曲因素的限制，活性区域的厚度小于1mm，总有效活性区域通过多层重叠固定在加强肋上。由于激光加工设备制造时产生的表面裂纹，会使薄膜的抗弯强度减少大约26%，薄膜的粗糙度是2.5μm，并且由于激光烧融会在薄膜上产生纳米颗粒。纳米颗粒层和低粗糙度对电池的阴极极化并没有不利影响，相反，阴极的极化阻抗在650℃～850℃温度范围内减少了5%。

刊名：Hydrogen Energy（英）

刊期：2017年第42期

作者：J.A.Cebollero

编译：贾春辉