固体氧化物燃料电池材料及其粒度分析欧洲杯足球竞彩

固体氧化物燃料电池(SOFCs)有潜力减少我们对煤炭和石油能源的依赖。他们干净、安静、高效。这些电池最重要的部分是多晶陶瓷材料的独特混合物，每一种材料都有一套特殊的结构和电化学要求，可以通过控制起始粉末的化学和物理性质来定制其性能。欧洲杯足球竞彩

粒径是粉体和电池性能的重要指标。激光衍射粒度分析是粉体合成和组分制备过程中控制和监测粉体粒度的理想方法。

介绍

SOFC是一种工作温度范围在600 - 1000°C之间的固态电化学电池。由于激活传导所需的高温，陶瓷在细胞组件的构造中被大量使用。

如图1所示，电解液由致密的陶瓷层组成，通常是钇稳定的氧化锆(YSZ)，作为氧离子输送的介质，厚度为10µm或更小。阴极由导电的微孔陶瓷层组成。较新的阴极是由混合离子/电子导体制成的，这增加了它们在空气中电离氧的能力，为导电提供氧离子。

图1

对于阳极，常用的材料是NiO-YSZ复合材料，该材料具有多孔微结构，允许氢流到阳极/电解液界面。它必须是电子导电的，并应足够坚固，以承受严重减少的环境。

SOFC中电池之间的电互连也是由陶瓷材料制成的，这种材料必须在氧化和还原气氛中具有电子导电性和化学稳定性。欧洲杯足球竞彩另一个要求是所有部件在宽温度操作范围内必须具有相似的热膨胀系数(TCE)。

电极可以很薄，但需要一个可控的孔隙结构，以增加气体输送的界面面积，提供足够的流量，并保持结构的完整性。对燃料电池工程师来说，找到满足所有这些不同需求的欧洲杯足球竞彩材料组合是一个巨大的挑战。

行业工具

工程师可以使用不同的工具来克服这个挑战，其中之一就是材料化学。欧洲杯足球竞彩这允许控制热膨胀和不同材料之间的相互作用。欧洲杯足球竞彩表1列出了建造SOFC的一些最常见的材料。欧洲杯足球竞彩

掺杂锶(LSM)的锰酸镧陶瓷通常用于构建阴极，以增加导电性，并提供类似于YSZ电解质的TCE。

更新的设计包括掺杂铈的阻挡层在阴极和电解液之间，以抑制镧和氧化锆之间的反应。因此，电极的TCE现在需要与二氧化铈的TCE相匹配。另一种陶瓷，镧锶钴铁氧体(LSCF)有助于此。在阳极一侧，氧化钇被添加到NiO中，以帮助匹配电解液的TCE。

颗粒尺寸分布是工程师在燃料电池设计中使用的另一种工具，它可以控制最终孔隙度、传输性能和热膨胀。

一个例子

HORIBA LA-950粒子激光衍射粒度分析仪(图2)用于控制和监测普通阴极材料在铣削过程中的粒度分布。所得数据用于颗粒填充计算，以确定使用这种材料制成的零件的最终孔隙率。

表1

组件	欧洲杯足球竞彩
阳极	Ni-YSZ
电解液	Y-ZrO2
阴极	拉(0.8)老0．2MnO3. 拉0．6老0．4有限公司0．2锰0．8O3.
互连	掺杂LaCrO3.

图2

LCSF化合物是通过固态过程合成的。将氧化混合物煅烧后产生粗料，然后将其磨碎至最终粒度。必须确定这些材料的稳定折射率，因为它们的数值在文献中没有。欧洲杯足球竞彩

为了达到这个目的，我们使用了LA-950软件，使用Chi来观察光学模型中测量强度与计算强度吻合程度的变化²和R来测试所使用的光学参数是否合适。第一步是确定真正的组件为2.0。

接下来，使用气选择一个合适的虚分量²和R计算。图2显示了当折射率的虚部从0变为1.1时，拟合参数如何变化，从而导致选择的2-0.3i值作为复折射率。

图3

LCSF粉末在水中球磨，使用1mm YSZ珠，持续11小时。如图4所示，用LA-950测量了磨铣后的粒度减小。最终的中位粒径约为0.5µm，随着磨粉时间的延长，粒度分布明显变窄，分析仪可以非常清楚地显示出这一点，即使在粒度变化很小的情况下(图5)。

图4

图5

在SOFC中，电极的孔隙率是至关重要的，而粒度分析仪提供的信息可以用来控制孔隙率达到指定的水平。特定分布或分布组合的最小可达到孔隙度可以使用Dinger描述的颗粒堆积计算(颗粒计算为陶瓷，2001,D. R. Dinger Publishing, Clemson, SC)进行估计。

计算需要根据LA-950分析提供的比(CPFT)分布的累积百分数给出的单个粒径级的体积分数。这些计算的孔隙率值适用于未烧结的结构，显著高于烧结后发现的孔隙率值。

计算表明，单一的窄分布将产生最开放的结构，而更宽的分布将产生更密集的结构。表2显示，大多数由磨铣产生的粒度分布都是一个开放的、未燃烧的结构，孔隙率约为30 vol%。

如果目标是最小化最终部分的孔隙率，这是电解质所需要的，那么可以使用广泛的分布来满足。在如图6所示的极端情况下，孔隙率可以达到11.3%。通过将其他更精细的分布添加到更广泛的分布中，它可以进一步降低。计算表明，这种组合可以将最小孔隙率降低到8%左右(图7)。

表2

组件	最小孔隙度(%)
Pre-Mill	27.2
2小时	31.9
4小时	32.2
6小时	32.1
9小时	32.4
11小时	32.5

图6

图7

结论

在任何陶瓷应用中，粒度分布都是至关重要的。在SOFCs中，PSD控制着最终的孔结构，这对电池的电化学性能非常重要。对PSD有一个准确的描述可以让工程师调整材料的最终微观结构。欧洲杯足球竞彩

这些信息来源于HORIBA Scientific提供的资料。欧洲杯足球竞彩

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