釔穩定納米氧化鋯（UG-R30Y8）在固體氧化物燃料電池上的應用
發布時間：2020-10-14
固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高速、高率、環保地轉化成電能的全固態化學發電裝置。被普遍認為是在未來會與質子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應用的一種燃料電池。
SOFC系統中有2個構件：陽極和電解質。這兩者都可以選擇釔穩定納米氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。
一、釔穩定納米氧化鋯用在SOFC系統中的陽極
SOFC反應中包括燃料或氧氣(通常是空氣)、電解質(固體或液體)和電極3種物質的接觸，三相接觸是燃料電池設計的關鍵技術之一。SOFC的關鍵技術體現在電池構件的材料選擇方面， SOFC系統中陽極支撐體采用摩爾分數8%的氧化釔（Y2O3）摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm)，陽極功能層為10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。電池專用釔穩定納米氧化鋯（UG-R30Y8）是應用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。
二、釔穩定納米氧化鋯用在SOFC系統中的電解質
SOFC電解質的常用材料是氧化鋯，但純氧化鋯在1000℃時電導率很低，為10-7S·cm-1，接近于絕緣物質，氧離子導電性很差，一般采用摻雜的辦法來提高其導電性，一般是用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導電能力。釔穩定納米氧化鋯（UG-R30Y8）抗氧化還原的穩定性好，價廉易得，并且在高溫下具有足夠高的氧離子導電率，良好的化學穩定性和機械性能，因而被應用于制備SOFC的電解質薄膜。
高溫燃料電池系統中影響釔穩定氧化鋯（YSZ）的性能有兩方面：雜質含量和粒度，因為超細的粉末具有巨大的表面積，使材料的燒結驅動力劇增，擴散速率也增加，擴散路徑縮短，從而使燒結過程顯著加快，使燒結溫度降低，有利于后期組件的制備。又由于電解質在燃料電池中有物理隔離層的作用，所以需形成致密結構，從而也要求粉體粒度小，粒徑均勻。優鋯釔穩定納米氧化鋯（UG-R30Y8）粒徑20-40nm，具有納米顆粒尺寸細、粒度分布均勻、無硬團聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導電特性，可廣泛用于制做固體氧化物燃料電池。
