釔穩(wěn)定納米氧化鋯（UG-R30Y8）在固體氧化物燃料電池上的應(yīng)用

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高速、高率、環(huán)保地轉(zhuǎn)化成電能的全固態(tài)化學(xué)發(fā)電裝置。被普遍認(rèn)為是在未來會與質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)一樣得到廣泛普及應(yīng)用的一種燃料電池。 

SOFC系統(tǒng)中有2個構(gòu)件：陽極和電解質(zhì)。這兩者都可以選擇釔穩(wěn)定納米氧化鋯(YttriaStabilizedZirconia,YSZ)。

一、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的陽極

SOFC反應(yīng)中包括燃料或氧氣(通常是空氣)、電解質(zhì)(固體或液體)和電極3種物質(zhì)的接觸，三相接觸是燃料電池設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。SOFC的關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在電池構(gòu)件的材料選擇方面， SOFC系統(tǒng)中陽極支撐體采用摩爾分?jǐn)?shù)8%的氧化釔（Y2O3）摻雜于氧化鋯陶瓷(厚度1mm)，陽極功能層為10～20μm厚度的NiO+YSZ薄膜。電池專用釔穩(wěn)定納米氧化鋯（UG-R30Y8）是應(yīng)用于固體氧化物燃料電池中的理想材料。

二、釔穩(wěn)定納米氧化鋯用在SOFC系統(tǒng)中的電解質(zhì)

SOFC電解質(zhì)的常用材料是氧化鋯，但純氧化鋯在1000℃時電導(dǎo)率很低，為10^-7S·cm^-1，接近于絕緣物質(zhì)，氧離子導(dǎo)電性很差，一般采用摻雜的辦法來提高其導(dǎo)電性，一般是用氧化釔摻雜的氧化鋯提高其導(dǎo)電能力。釔穩(wěn)定納米氧化鋯（UG-R30Y8）抗氧化還原的穩(wěn)定性好，價廉易得，并且在高溫下具有足夠高的氧離子導(dǎo)電率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，因而被應(yīng)用于制備SOFC的電解質(zhì)薄膜。 

高溫燃料電池系統(tǒng)中影響釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）的性能有兩方面：雜質(zhì)含量和粒度，因?yàn)槌?xì)的粉末具有巨大的表面積，使材料的燒結(jié)驅(qū)動力劇增，擴(kuò)散速率也增加，擴(kuò)散路徑縮短，從而使燒結(jié)過程顯著加快，使燒結(jié)溫度降低，有利于后期組件的制備。又由于電解質(zhì)在燃料電池中有物理隔離層的作用，所以需形成致密結(jié)構(gòu)，從而也要求粉體粒度小，粒徑均勻。優(yōu)鋯釔穩(wěn)定納米氧化鋯（UG-R30Y8）粒徑20-40nm，具有納米顆粒尺寸細(xì)、粒度分布均勻、無硬團(tuán)聚和很好的球形度。利用本品摻雜不同元素的導(dǎo)電特性，可廣泛用于制做固體氧化物燃料電池。