沉积温度对等离子喷涂金属支撑型固体氧化物燃料电池结构及电化学性能的影响

作者：陈丹; 宋琛^*; 杜柯; 郭宇; 刘志义; 刘太楷; 刘敏

来源：材料导报, 2022, 36(S1): 15-19.

• 金属支撑固体氧化物燃料电池
• 大气等离子喷涂
• 沉积温度
• 氧化钪掺杂氧化锆
• 电解质涂层

为提高大气等离子喷涂(APS)制备金属支撑型固体氧化物燃料电池在中低温下的输出性能，本工作采用APS在不锈钢基体上制备基于氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)电解质的固体氧化物燃料电池，控制喷涂时的沉积温度分别为100℃、300℃和600℃,通过扫描电子显微镜(SEM)观察单个ScSZ粒子沉积状态和涂层微观形貌，并用电化学工作站测试单电池的输出性能和交流阻抗谱。结果表明，随着沉积温度升高，ScSZ沉积粒子由溅射状铺展转变为圆盘状铺展，单个粒子中的裂纹密度逐渐减小，裂纹所占面积比从9.75%降低到5.73%。组装成单电池后，电解质涂层与阳极和阴极结合良好。ScSZ涂层内部片层结合情况随沉积温度的升高而得到改善，裂纹减少且孔隙尺寸减小，涂层孔隙率从12.29%降低到7.72%。电化学测试结果表明，当沉积温度从100℃升高到600℃,电解质的欧姆电阻降低了1/2,电池的输出性能显著提升。600℃的沉积温度制备的单电池在800℃时的最大功率密度为0.998 W/cm2,欧姆阻抗为0.076Ω·cm2。

• 单位
  广东省现代表面工程技术重点实验室; 中南大学; 广东省科学院