【学习笔记】掺杂钆的二氧化铈 (GDC) 电解质 Ni–GDC阳极层压板的致密化和电池性能

采用刮涂法制备了厚度为60 μm的钆掺杂氧化铈（GDC）电解质薄膜。将该薄膜与常温干燥的42 vol% NiO-58 vol% GDC混合粉末层压，并在294 MPa压力下进行单轴或等静压。将层压材料在空气中于1100 °C至1500 °C下共烧结4至12小时。

由于烧结过程中电解质和电极的收缩率不同，层压材料发生翘曲。电极在1100 °C至1200 °C时收缩率较高，而电解质在1300 °C至1500 °C时收缩率较高。

增加阳极厚度可以有效减少翘曲并提高层压复合材料的密度。

对于厚度为 30 μm 的阳极支撑 GDC 电解质，使用含 3 vol% H2O 的 H2 燃料的 SrRuO3 阴极，在 600 °C 时的最大电功率密度为 100 mW/cm2，在 800 °C 时的最大电功率密度为 380 mW/cm2。

（2）翘曲和收缩

阳极支撑的GDC薄膜在烧结后发生翘曲。

GDC薄膜的收缩率小于NiO-GDC阳极在1300℃以下的收缩率，而高于1300℃时情况则相反。

图 5 显示了在 1400℃ 下烧结的复合材料中，阳极支撑的 GDC 薄膜的翘曲度 (1/R) 和相对密度随复合材料高度的变化。图 5 还显示了烧结前 GDC 薄膜厚度与 NiO-GDC 阳极厚度的比值。将阳极支撑的 GDC 薄膜厚度增加到 3.5 mm（相应的厚度比为 0.027）可以有效降低翘曲度并提高密度。层状复合材料加工的关键在于形成相对较厚的阳极。

阳极（NiO-GDC）支撑的GDC薄膜的密度随着烧结温度的升高而降低，这是由于GDC和NiO组分的蒸发以及层状复合材料的翘曲造成的。

增加阳极的厚度可以有效减少翘曲并提高烧结密度。当GDC薄膜初始厚度与NiO-GDC阳极厚度之比小于0.03时，可以烧结出平整的层状结构。

对于厚度为30 mm的阳极支撑GDC电解质，在800℃和600℃下分别测得最大功率密度为0.38 W/cm²和0.10 W/cm²。

推荐的阳极支撑GDC薄膜加工工艺如下：将生坯层压板在300 MPa压力下进行等静压，然后在1400℃下于空气中烧结4小时。

GDC和NiO的蒸发影响在1400℃下变化范围很小。