【摘 要】
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固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)因其燃料适用范围广、环境友好等优点而备受关注。传统固体氧化物燃料电池堆的制备通常是经单电池组装而成,电池堆制备周期长;且因大量接头和密封件的存在,电池堆的运行稳定性较差。本文将数字光处理(Digital Light Processing,DLP)3D打印技术应用于电池堆支撑体的制备,避免了单电池繁琐的组装和密封,从而提高SO
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固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)因其燃料适用范围广、环境友好等优点而备受关注。传统固体氧化物燃料电池堆的制备通常是经单电池组装而成,电池堆制备周期长;且因大量接头和密封件的存在,电池堆的运行稳定性较差。本文将数字光处理(Digital Light Processing,DLP)3D打印技术应用于电池堆支撑体的制备,避免了单电池繁琐的组装和密封,从而提高SOFC系统的可靠性和耐久性。论文首先考察浆料的流变特性制备适用于DLP 3D打印的8 mol.%氧化钇掺杂氧化锆(8YSZ)悬浮液,通过优化打印参数和脱脂、烧结工艺制备致密电解质片,采用阿基米德排水法测定烧结体致密度。结果表明聚乙二醇和1,5戊二醇作分散剂制备的8YSZ悬浮液在固化时间为10 s时可制备出完整的素胚;经优化后的脱脂烧结工艺热处理后的电解质片致密,致密度达99.96%。3D打印技术制备的致密8YSZ电解质与Ag-Ce0.8Gd0.2O1.9(Ag-GDC)电极组装的对称电池可提供1.04 V开路电压和176 mW·cm-2的功率密度,与传统干压法制备的8YSZ电解质组装的单电池的电化学性能相当。该电解质片的3D打印成功制备为SOFC支撑体的制备提供了一种新型、快速的方法,也为电池堆支撑体的制备提供了依据。相对于片这种简单结构,3D打印制备独立列管式电池堆支撑体对悬浮液的流变性和稳定性、固化参数、坯体脱脂烧结工艺均提出更高要求。该部分考察了聚乙烯吡咯烷酮(PVPK15)、油酸(OA)等多种分散剂对8YSZ陶瓷浆料流变性和稳定性的影响,探究了固化深度与曝光时间的关系,优化了脱脂烧结程序,并采用阿基米德排水法测定了烧结体致密度。结果表明0.1 wt.%OA为分散剂制备的30 vol.%8YSZ悬浮液可打印出完整的列管式电池堆支撑体素胚。坯体在真空脱脂和高温烧结后表现出良好的热稳定性和机械性能,致密度为99.76%。3D打印独立列管式电池堆支撑体的成功制备表明3D打印技术应用于电池堆支撑体一体化制备的可行性。本论文的研究结果为燃料电池和电池堆的制备提供了一种新型的制备工艺,同时拓宽了3D打印技术的应用领域。
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