氢电极预烧温度对丝网印刷YSZ电解质薄膜的影响.doc

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.16.001 doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.16.001 梁明德，章德铭，张鑫，冀晓娟，沈婕，任先京 （北京矿冶研究总院，北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心，北京 102206） 摘要：采用丝网印刷法制备了Y2O3稳定ZrO2（YSZ）电解质薄膜，并对固体氧化物电解池（SOEC）的NiO-YSZ氢电极预烧温度进行了优化。结果表明，NiO-YSZ氢电极适宜的预烧温度为1 000 ℃，YSZ电解质薄膜化后制备的SOEC在800 ℃、850 ℃和900 ℃三种电解温度下，1.50 V时的产氢速率分别为386 mL/(cm2·h)、255 mL/(cm2·h) 和142 mL/( 关键词：制氢；固体氧化物电解池（SOEC）；丝网印刷；YSZ薄膜 中图分类号：TM911.4；TQ116.2+1；TB43 文献标识码：A 文章编号：1007-7545（2013）01-0000-00 Effect of Presintering Temperature of Hydrogen Electrode on Screen-Printed YSZ Films LIANG Ming-de, ZHANG De-ming, ZHANG Xin, JI Xiao-juan, SHEN Jie, REN Xian-jing （Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing Engineering Technology Research Center of Surface Strengthening and Repairing of Industry parts, Beijing 102216） Abstract: Yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte film was prepared by screen-printing technology. The presintering temperature of porous NiO-YSZ hydrogen electrode substrates used in solid oxide electrolysis cells (SOEC) was optimized. A single fuel cell of Ni-YSZ/YSZ (10μm)/LSM-YSZ was successfully prepared by screen-printing method. The results show that the optimum presintering temperature of NiO-YSZ hydrogen electrode is 1 000 ℃, and the hydrogen production rate of single SOEC is 386 mL/(cm2·h), 255 mL/(cm2·h), and 142 mL/(cm2·h), at 800 ℃, 850 ℃ and Key words: hydrogen production; solid oxide electrolysis cells(SOEC); screen-printing; YSZ film 利用固体氧化物电解池（SOEC）在高温下电解水蒸气制氢是未来有前景的大规模核能制氢方法之一，近年来受到高度关注[1-3]。目前SOEC在材料选择上都是沿用研究较多的高温固体氧化物燃料电池（SOFC）技术。Ni-YSZ/YSZ/LSM-YSZ（YSZ，氧化钇稳定氧化锆；LSM，锶掺杂锰酸镧）电解池被认为是最有商业化潜力的SOEC[4]。由于这种材料体系的SOEC的欧姆阻抗主要来自电解质[5]，在制备通常采用Ni-YSZ氢电极支撑结构，将YSZ电解质薄膜化来降低电解池欧姆极化的方法制备SOEC [6-7]。 目前，制备YSZ电解质薄膜主要有化学法、陶瓷粉末法和物理法[8-11]。丝网印刷法成膜效率高，适和规模化制备大面积薄膜。NiO-YSZ氢电极作为YSZ电解质薄膜的支撑体，其性质和制备工艺是将影响电解质致密度。本文对NiO-YSZ氢电极的预处理工艺进行了优化，在多孔氢电极支撑体上制备致密YSZ电解质，并对电解池的电解性能进行研究。 1 试验 1.1 SOEC的制备 采用干压法制备NiO-YSZ氢电极支撑体。按质量比5∶1将NiO-YSZ复合粉体和淀粉球磨混合均匀后在250 MPa下压制成直径20 mm、厚0.6 mm的圆片，分别在800 ℃、1 000 ℃、1 1