SOFC系统中有2个构件:阳极和电解质。这两者都可以选择钇稳定纳米氧化锆(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。
一、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的阳极
SOFC反应中包括燃料或氧气(通常是空气)、电解质(固体或液体)和电极3种物质的接触,三相接触是燃料电池设计的关键技术之一。SOFC的关键技术体现在电池构件的材料选择方面, SOFC系统中阳极支撑体采用摩尔分数8%的氧化钇(Y2O3)掺杂于氧化锆陶瓷(厚度1mm),阳极功能层为10~20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。电池专用钇稳定纳米氧化锆(UG-R30Y8)是应用于固体氧化物燃料电池中的理想材料。
二、钇稳定纳米氧化锆用在SOFC系统中的电解质
SOFC电解质的常用材料是氧化锆,但纯氧化锆在1000℃时电导率很低,为10-7S·cm-1,接近于绝缘物质,氧离子导电性很差,一般采用掺杂的办法来提高其导电性,一般是用氧化钇掺杂的氧化锆提高其导电能力。钇稳定纳米氧化锆(UG-R30Y8)抗氧化还原的稳定性好,价廉易得,并且在高温下具有足够高的氧离子导电率,良好的化学稳定性和机械性能,因而被应用于制备SOFC的电解质薄膜。
高温燃料电池系统中影响钇稳定氧化锆(YSZ)的性能有两方面:杂质含量和粒度,因为超细的粉末具有巨大的表面积,使材料的烧结驱动力剧增,扩散速率也增加,扩散路径缩短,从而使烧结过程显著加快,使烧结温度降低,有利于后期组件的制备。又由于电解质在燃料电池中有物理隔离层的作用,所以需形成致密结构,从而也要求粉体粒度小,粒径均匀。优锆钇稳定纳米氧化锆(UG-R30Y8)粒径20-40nm,具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。利用本品掺杂不同元素的导电特性,可广泛用于制做固体氧化物燃料电池。