行业新知 | 使用3D技术打印单片多孔氧化锆支撑的一体化微管状固体氧化物燃料电池（SOFC）堆

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发布时间：2024-06-13 11:16
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行业新知

近日，山东理工大学Jinjin Zhang带领的团队在《Journal of the European Ceramic Society》发表了题为Integrated micro-tubular SOFC stack supported by a monolithic porous zirconia prepared using 3D printing technology的研究，本文报道了完整开发工艺为实现更快速、自动化、大规模制造3D打印多孔陶瓷支撑和集成式SOFC电堆提供基础。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955221924004795
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研究内容

在固体氧化物燃料电池（SOFC）通过高温将燃料的化学能转化为电能，具有效率高、燃料多样和低排放的优点。微管SOFC（MT-SOFC）因其快速启动、抗热震性好、运行稳定而受关注。多孔惰性基底支撑的MT-SOFC具有良好的稳定性和低热机械降解。

在本次研究制备的惰性支架上成功制作并测试了包含阳极、电解质和阴极膜的一体化电池堆。

△图1，SOFC电堆制备流程图及详细信息。

△图2，3YSZ光固化浆料的表观粘度作为25 ℃下剪切速率的函数。

△图3，3D打印的胚体照片图像。

△图4，分别在（a）、（c）氮气和（b）、（d）空气气氛中的热重/差示扫描量热法（TG/DSC）曲线和相应的脱脂程序，以及（e）在空气气氛中的烧结程序。

△图5，3YSZ样品在（a）、（d）氮气、（b）、（e）空气和（c）、（f）真空中脱粘并在1400℃空气中烧结后的宏观和微观外观。

△图6，（a)在氮气中脱脂并在空气气氛中于1400 ℃烧结后得到的多孔3YSZ惰性载体的外观和（b）微观结构。

△图7，（a）电势和功率密度与电流密度（I–V–P）的燃料电池极化曲线和（b）700−800°C下包含三个电池的单片电池堆的电化学阻抗谱的奈奎斯特图。

△图8，堆叠形态：（a）总体视图，（b）红色矩形截面的放大倍率。

研究内容

本研究使用利用3D SLA打印技术，制备了一个由多孔3YSZ支撑的集成SOFC堆。制备的3YSZ样品经过氮气脱脂和1400℃烧结后，具有46.6 MPa的高机械强度和61%的孔隙率。该方法制备的三单元SOFC堆，最大功率密度达到683 mW·cm²，性能与传统方法相当。这一工艺为SOFC堆的快速、自动化和大规模制备提供了新途径。

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