中低温固体氧化物燃料电池电解质薄膜的制备与性能研究

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摘要固体氧化物燃料电池(SOFCs)作为一种清洁、高效的发电技术近年来得到了广发的关注和研究。本文使用脉冲激光沉积法(PLD)，将共沉淀制备的SDC电解质作为靶材溅射在阴极材料LSCF衬底上，研究PLD沉积工艺参数与形貌、微观结构和电化学性能关系，掌握影响薄膜质量的因素。通过改变沉积温度和热处理参数制备均一致密的薄膜，结果表明沉积温度较低时薄膜的结晶性差，在650℃以上得到的薄膜致密性好，且有较好的电化学性能。经过热处理后薄膜变得更为致密，在650℃沉积并1100℃热处理2h后的薄膜，电导率达到0.075Scm-1，活化能为0.77eV，相比未热处理的薄膜性能有很大改善，可见PLD技术制备高性能电解质薄膜有很大的优势。68058

毕业论文关键词 SOFCs PLD SEM 电解质热处理

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Preparation and Properties of Low-temperature solid oxide fuel cell electrolyte thin film

Abstract

Solid oxide fuel cell (SOFCs) as a clean, efficient power generation technology has been widely concerned and researched in recent years. In this paper, using pulsed laser deposition (PLD), the SDC electrolyte was prepared by coprecipitation sputtering on cathode material in LSCF substrate as target, research on the relationship of PLD deposition process parameters with morphology, microstructure and electrochemical properties, master factors that affect the film quality. By changing the deposition temperature and heat treatment parameters, thin film of uniform and dense was prepared, results show poor crystallinity of the film at lower deposition temperature, film prepared above 650℃ has a better density and electrochemical performance.After heat treatment, the film becomes more dense, film deposited at 650℃ and heat treamented at 1100℃ for 2h has a conductivity of 0.075Scm-1 and activation energy of 0.77eV, the properties of the films compared to those without heat treatment has been greatly improved, visible PLD technology to prepare high-performance electrolyte thin film has a great advantage.

Keywords SOFCs PLD SEM electrolyte heat treatment

1 引言 1

1.1 SOFC概述 1

1.2 电解质薄膜制备技术 3

1.3 PLD薄膜制备技术 5

1.4 本研究工作的内容和意义 6

2 实验 8

2.1 实验原料和设备 8

2.2 靶材SDC的制备 9

2.3 阴极材料LSCF的制备 10

2.4 PLD沉积电解质薄膜 10

2.5 热处理 12

3 实验结果和讨论 13

3.1 XRD分析 13

3.2 致密度测试 13

3.3 SEM测试 14

3.4 阻抗谱测试 15

3.5 薄膜离子导电性能分析 16

结论 20

致谢 21

参考文献 22

1 引言

能源，是国民经济发展的推动力。每一次能源技术的创新与突破，都给生产力和人类社会的发展带来了重大的变革。蒸汽机的出现推动了人类第一次工业，创造了巨大的财富。而以电力的广泛应用、内燃机的创制和使用、化学工业的建立为代表的第二次工业，标志着人类进入现代化社会。随着化石能源的日益减少和枯竭，水电、风电、太阳能等能源的开发、应用的不足及短缺，能源危机问题严重关系到国家的发展和战略安全。开发新能源，减少温室气体的排放，逐渐引起人们关注并成为研究的重点[1]。近二十年来，世界各国都在致力于这一问题的解决，投入了巨大的资金，应运而生的燃料电池技术也获得了巨大的发展。