【学习笔记】低温共烧结技术制备固体氧化物燃料电池多层功能陶瓷(2016)

摘要

本文展示了一种低温共烧结技术，用于制备支撑在平面阳极基底上的多层电解质，该电解质适用于固体氧化物燃料电池（SOFC）。

采用流延成型和层压工艺制备NiO-GDC阳极支撑体，并依次丝网印刷氧化钇稳定氧化锆(YSZ)底部电解质层和GDC顶部电解质层，然后在1230℃下进行共烧结。通过促进各组分的烧结，在极低的加工温度下，电解液层得以成功致密化，并构建了连续梯度电解液结构，以抑制电解液薄膜的分层。

基于曲率分析，优化了电池结构，以最大限度地减少结构畸变并消除加工缺陷。本研究提出的低温共烧结技术有望拓宽材料选择范围，并解决与高温加工相关的兼容性问题，从而改进固体氧化物燃料电池的制造。

结果与讨论

为了缓解界面处集中的热应力，并增强界面粘附力，在NiO-GDC阳极衬底和YSZ底部电解质之间插入YSZ-GDC梯度层，以形成连续梯度电解质结构。在YSZ底部电解质层和GDC顶部电解质层之间也引入了相同的梯度层，以最大限度地减少界面处的材料不连续性。图5(a)显示了具有连续梯度电解质的电池的SEM图像。

结论

本研究开发了一种低温共烧结技术，以解决阳极支撑型平面固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极和电解质制备过程中存在的不相容问题。

选用具有更高的催化活性和更强的抗硫/碳性能的Ni-GDC作为阳极支撑层、YSZ底层和GDC顶层组成的多层电解质、低温共烧结加工工艺。

电解质层在1230℃下通过控制烧结应力并使用少量纳米晶粉末，成功实现了致密化。

构建了一种连续梯度电解质结构，以最大限度地减少界面处的应力集中和材料不连续性，并基于拱度分析优化了电池设计，从而获得了平整且无缺陷的共烧电池。

https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.12.029

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