浸漬提拉法制備扁管式SOFC（固體氧化物燃料電池）的實驗探究目錄TOC\o"1-3"\h\u9643浸漬提拉法制備扁管式SOFC（固體氧化物燃料電池）的實驗探究 126311.1浸漬提拉法 110811.2化學(xué)試劑及實驗設(shè)備 2127391.1.1化學(xué)試劑 2243061.1.2實驗設(shè)備 3241111.3實驗方法與技術(shù)路線 350011.3.1實驗技術(shù)路線 3174071.3.2實驗方法 4174091.4不同浸漬液和絲印膠的制備 5181751.4.1陽極功能層浸漬液的制備 5203281.4.2電解質(zhì)層浸漬液的制備 6293591.4.3GDC隔離層絲印膠的制備 7167071.4.4陰極功能層絲印膠的制備 788311.4.5陰極集電層絲印膠的制備 7300341.5孔隙率的測定 71.1浸漬提拉法浸漬提拉法（Dip-coating）：又稱提拉成膜法，是把基片浸入到溶液中，通過提拉成膜，制備致密薄膜的一種工藝。本課題采用Dip-coating的方法，依次制備NiO-YSZ陽極功能層和YSZ電解質(zhì)層。浸漬法是傳統(tǒng)的陶瓷薄膜制備工藝，具有工藝簡單、成本低和厚度可控等優(yōu)點[12]。浸漬提拉法作為一種非常普遍的表面制備技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于無機膜的制備過程中。其原理如圖2-1所示，是將基底浸漬到溶液中，再豎直從溶液中提拉出來，依靠蒸發(fā)使溶劑衰退，并在固-液-氣三相交界處成核組裝的一種沉積薄膜的手段。這種方法涉及溶質(zhì)和溶劑，溶劑與基底，溶質(zhì)與基底以及重力等等相互作用，其成核與組裝是一個動態(tài)平衡的過程[13]。浸漬提拉法特別適用納米膜在固體表面的連續(xù)制備，尤其是具有復(fù)雜幾何形狀和復(fù)雜化學(xué)性質(zhì)的固體表面的制備；此外，該方法還可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)薄膜厚度的精確控制，對于加工光學(xué)器件、傳感器件、表面修飾等尤為重要。厚度與提拉速度的關(guān)系分為兩個區(qū)域，較低提拉速度下薄膜厚度與提拉速度成反比關(guān)系，較高提拉速度下薄膜厚度與提拉速度成正比。Im等人以乙醇為溶劑，利用浸漬提拉法，在平板式SOFC單電池上制備10μm厚的電解質(zhì)薄膜[14]。Chen等人在管式SOFC陽極層上，利用浸漬提拉的方法制備電解質(zhì)層[15]。圖2-1浸漬提拉原理示意圖1.2化學(xué)試劑及實驗設(shè)備1.1.1化學(xué)試劑實驗中所用的化學(xué)試劑與材料如表2-1所示。表2-1實驗試劑與材料藥品名稱藥品純度生產(chǎn)廠家NiO分析純AR上海阿拉丁生化科技股份有限公司YSZ化學(xué)純北京德科島金科技有限公司可溶性淀粉分析純AR天津福晨化工試劑廠粒度5μm石墨分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司粒度15μm石墨分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司無水乙醇分析純AR北京市化工試劑廠乙基纖維素化學(xué)純國藥集團化學(xué)試劑有限公司松油醇分析純AR上海阿拉丁生化科技股份限公司LSCF分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司GDC分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司異丙醇分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司蓖麻油分析純AR國藥集團化學(xué)試劑有限公司導(dǎo)電膠/上海市合成樹脂研究所1.1.2實驗設(shè)備實驗中所用的實驗設(shè)備如表2-2所示。表2-2實驗設(shè)備與型號設(shè)備名稱型號生產(chǎn)廠家星行式球磨機ND6-04南京南大天尊電子有限公司分析天平AE240Mettler-Toledo儀器有限公司掃描電子顯微鏡QuantaFEG250FEI公司氮氣鋼瓶高純，99.9%北溫氣體制造廠高溫箱式爐KSL-1750X-A2合肥科晶材料有限公司電化學(xué)工作站CHI660上海辰華儀器公司氫氣發(fā)生器HGH-500B北京匯龍公司數(shù)顯磁力攪拌器98-3型鄭州凱鵬實驗儀器有限公司1.3實驗方法與技術(shù)路線1.3.1實驗技術(shù)路線圖2-2扁管式SOFC單電池制作的技術(shù)路線1.3.2實驗方法（1）第一步將多孔陽極支撐柸體首先在高溫箱式爐內(nèi)進行預(yù)燒，形成合適的陽極支撐體。再用浸漬提拉法對陽極支撐體浸漬提拉4次，形成陽極功能層。注意每次浸漬提拉時，要保證前一次浸漬提拉的支撐體在空氣室溫下自然晾干后，才能進行下一次操作。預(yù)燒程序如圖2-3所示。圖2-3預(yù)燒程序路線（2）第二步將預(yù)燒好的支撐體浸漬提拉2次YSZ電解質(zhì)溶液，保證每次浸漬后自然晾干，之后進行第一次燒結(jié)，形成半電池。第一次燒結(jié)程序如圖2-4所示。圖2-4第一次燒結(jié)程序路線（3）第三步用制備好的隔離層絲印膠進行絲網(wǎng)印刷制備GDC隔離層，在室溫下自然晾干后進行第二次燒結(jié)。燒結(jié)程序如圖2-5所示。圖2-5第二次燒結(jié)程序路線（4）第四步將制備好的陰極絲印膠用絲網(wǎng)印刷法制備陰極功能層1次和集電層7次，保證每次絲印后自然晾干，之后進行第三次燒結(jié)，最后形成單電池，進行測試。燒結(jié)程序如圖2-6所示。圖2-6第三次燒結(jié)程序路線1.4不同浸漬液和絲印膠的制備1.4.1陽極功能層浸漬液的制備表2-3中所列的A、B、C、D分別代表淀粉含量為1wt%、10wt%、15wt%、20wt%，所配置的4種陽極功能層浸漬液。將A、B、C、D四個不同含量的浸漬液，分別充分混合攪拌搖勻，在20℃下超聲1小時，保證浸漬液混合完全。表2-3不同質(zhì)量含量淀粉的浸漬液配比原料A：組成B：組成C：組成D：組成NiO/YSZ=53/4710g10g10g10g異丙醇100ml100ml100ml100ml蓖麻油0.5g0.5g0.5g0.5g淀粉0.1g1.0g1.5g2g表2-4中所列的A、B、C分別代表粒徑5μm的石墨含量為1wt%、2wt%、3wt%；D代表粒徑15μm的石墨含量為1wt%，所配置的4種陽極功能層浸漬液。將A、B、C、D四個不同的浸漬液，分別充分混合攪拌搖勻，在20℃下超聲1小時，保證浸漬液混合完全。表2-4不同質(zhì)量含量的石墨浸漬液配比原料A：組成B：組成C：組成D：組成NiO/YSZ=53/4710g10g10g10g異丙醇100ml100ml100ml100ml蓖麻油0.5g0.5g0.5g0.5g粒徑5μm石墨0.1g0.2g0.3g0粒徑15μm石墨0000.1g表2-5中所列的A、B、C、D分別代表粒徑5μm的石墨含量為2wt%、4wt%、6wt%、8wt%，所配置的4種陽極功能層浸漬液。將A、B、C、D四個不同的浸漬液，分別充分混合攪拌搖勻，在20℃下超聲1小時，保證浸漬液混合完全。表2-5不同質(zhì)量含量粒徑5μm石墨浸漬液配比原料A：組成（g）B：組成（g）C：組成（g）D：組成（g）E：組成（g）NiO/YSZ=53/471010101010異丙醇100ml100ml100ml100ml100ml蓖麻油0.50.50.50.50.5粒徑5μm石墨0.20.40.60.81.01.4.2電解質(zhì)層浸漬液的制備電解質(zhì)層浸漬液制備時，需稱量YSZ粉體10g，蓖麻油0.5g，異丙醇溶液100ml;充分混合均勻，攪拌搖勻，在20℃下，超聲1小時，保證浸漬液混合完全。表2-6電解質(zhì)層浸漬液配比原料：YSZ粉體異丙醇蓖麻油組成：10g100ml0.5g1.4.3GDC隔離層絲印膠的制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的膠體制備過程：（1）6g乙基纖維素和94g松油醇充分混合，攪拌均勻；（2）在80°C下，磁力攪拌24小時，形成黏度均勻的膠體。表2-7隔離層絲印膠配比原料：6%膠體GDC粉體組成（1:1）：5g5g混合均勻充分研磨3小時，形成均勻黏度的膠體。1.4.4陰極功能層絲印膠的制備表2-8陰極功能層絲印膠配比原料：LSCF粉體GDC粉體6%膠體組成(1:1:2)：3g3g6g混合均勻充分研磨3小時，形成均勻黏度的膠體。1.4.5陰極集電層絲印膠的制備表2-9陰極集電層絲印膠配比原料：LSCF粉體6%膠體組成(1:1)：5g5g混合均勻充分研磨3小時，形成均勻黏度的膠體。1.5孔隙率的測定對于陽極材料來說，必須具有足夠的孔隙率以保證反應(yīng)活性位上的氧氣或燃料氣的供應(yīng)。電極材料的孔隙率較高，電極的氣體擴散影響是更有利的，然而，也必須考慮到電極的強度，因為高孔隙度將導(dǎo)致電極的強度嚴(yán)重下降，從而影響電池系統(tǒng)的安全性以及穩(wěn)定性，本論文工作中采用阿基米德排水法測定了YSZ陶瓷支撐基體的孔隙率。其測試過程是采用分析天平和實驗室自制測試裝置進行的，具體孔隙率的測試及計算方法如下：首先將測試樣品在80℃烘箱內(nèi)烘干12h以上，以保證充分揮發(fā)孔隙里的水分避免影響測試結(jié)果，其次將烘干處理后的樣品稱重為m1，再將試樣置