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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
YSZ/NiO 復(fù)合陶瓷粉體的制備及其性能研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本研究采用化學(xué)液相包裹共沉淀法在YSZ顆粒表面包裹一層NiO，制備出YSZ/NiO復(fù)合材料粉體，該粉體可以用于溶膠-凝膠注模成型工藝制備YSZ/Ni陽(yáng)極材料。最后借助X-射線(xiàn)衍射儀（XRD）和透射電鏡儀（TEM）分析了其物相組成和顆粒形貌。研究結(jié)果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復(fù)合陶瓷粉體，其平均晶粒大小大約為30~50nm，顆粒分布均勻，粉體性能穩(wěn)定。
詳細(xì)介紹：
固體氧化物燃料電池（SOFC）以其系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率高，對(duì)環(huán)境友好，燃料適應(yīng)性強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的性能得到了廣泛的應(yīng)用，在能源日趨緊張，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的當(dāng)今世界，SOFC受到越來(lái)越多科學(xué)家及先進(jìn)人士的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)今世界最具發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用前景的綠色發(fā)電技術(shù)。其陽(yáng)極材料的制備成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本研究采用化學(xué)液相包裹共沉淀法在YSZ顆粒表面包裹一層NiO，制備出YSZ/NiO復(fù)合材料粉體，該粉體可以用于溶膠-凝膠注模成型工藝制備YSZ/Ni陽(yáng)極材料。研究?jī)?nèi)容主要包括化學(xué)液相包裹共沉淀法中NiO與YSZ的最佳配比、反應(yīng)溫度的控制、粉體燒結(jié)制度的確定、粉體性能測(cè)試等，通過(guò)本校大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目組成員的共同努力，成功制備出了YSZ/NiO 復(fù)合陶瓷粉體。最后借助X-射線(xiàn)衍射儀（XRD）和透射電鏡儀（TEM）分析了其物相組成和顆粒形貌。研究結(jié)果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復(fù)合陶瓷粉體，其平均晶粒大小大約為30~50 nm，顆粒分布均勻，粉體性能穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)方法及流程：將適量Ni(NO3)2?6H2O溶解到60℃的去離子水中，并加入適量的檸檬酸，在60℃的恒溫下攪拌半小時(shí)后加入乙二醇，之后在90℃的恒溫水浴下攪拌一小時(shí)，接著加入YSZ粉末，然后在200℃的鹽浴加熱下攪拌直至水份完全蒸發(fā)干凈。將所得的產(chǎn)物在600℃下煅燒一小時(shí)，以醇為介質(zhì)球磨3h，篩分后得到Y(jié)SZ/NiO復(fù)合粉體。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果如下： 1、采用化學(xué)液相包裹共沉淀法,以MYSZ:MNiO=90:10為最佳配比,可較好地將金屬Ni包裹起來(lái)，抑制其燒結(jié)，防止了Ni的團(tuán)聚，制備出分布均勻的金屬陶瓷納米復(fù)合YSZ/NiO粉末； 2、YSZ/NiO復(fù)合粉末在600℃煅燒各相結(jié)晶良好，采用最強(qiáng)衍射峰晶面的半高寬，通過(guò)Scherrer公式計(jì)算可知，YSZ/NiO粉末的平均晶粒大小為30~50 nm； 3、從粉體的SEM形貌看，金屬相Ni和陶瓷相ZrO2之間均勻分布，包裹緊密，形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于燃料電池陽(yáng)極材料的成型； 4、采用化學(xué)液相包裹共沉淀法成功合成了分布均勻致密，性能穩(wěn)定的YSZ/NiO復(fù)合陶瓷粉體。

作品圖片

  • YSZ/NiO 復(fù)合陶瓷粉體的制備及其性能研究
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  • YSZ/NiO 復(fù)合陶瓷粉體的制備及其性能研究
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作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

本作品的目的主要是制備出目前固體氧化物燃料電池陽(yáng)極材料的基本原料。用化學(xué)液相包裹共沉淀法制備的粉體粒徑均勻、包裹緊密，適合用于較細(xì)粉體的制備，可用于此類(lèi)粉體的制備。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1、采用了一種新的更具發(fā)展?jié)摿Φ姆椒▉?lái)制備超細(xì)核心粉末，將化學(xué)技術(shù)和方法引入到固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極材料制備上來(lái)。 2、這種YSZ/NiO復(fù)合粉體成型后制備出的燃料電池陽(yáng)極材料，能增大SOFC三相反應(yīng)界面，從而提高電池轉(zhuǎn)化效率。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高、對(duì)環(huán)境友好、燃料適應(yīng)性強(qiáng)并且使用壽命長(zhǎng)的綠色發(fā)電技術(shù)，本研究制備的粉體可以用于溶膠凝膠注模成型工藝制備SOFC用YSZ/Ni陽(yáng)極材料。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文采用化學(xué)液相包裹共沉淀法通過(guò)對(duì)NiO與YSZ的最佳配比，反應(yīng)溫度的控制及相關(guān)條件的研究，成功制備出YSZ/NiO復(fù)合陶瓷粉體。用X-射線(xiàn)衍射儀（XRD）分析了其物相組成，用透射電鏡儀（TEM）觀(guān)察了其顆粒形貌。研究結(jié)果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復(fù)合陶瓷粉體，其平均晶粒大小為30~50nm，性能穩(wěn)定。

獲獎(jiǎng)情況

在2010年6月，在本校校報(bào)發(fā)表，同年，被評(píng)為本校大學(xué)生科技創(chuàng)新基金（SSTIF）項(xiàng)目?jī)?yōu)秀項(xiàng)目

鑒定結(jié)果

1、通過(guò)XRD測(cè)試，得到ZrO2-NiO粉末中ZrO2的平均晶粒大小為30~50nm。 2、由TEM可以看出NiO相與YSZ相均勻分布，Ni較好地鑲嵌在YSZ相中間，分布均勻。

參考文獻(xiàn)

[1] 張珺,周和平,等.NiO包覆YSZ固體氧化物燃料電池陽(yáng)極材料的制備研究[J].稀有金屬材料與工程,2007,36（2）:606-608 [2] 王鳳華，郭瑞松，魏揪桐.SOFC陽(yáng)極用NiO-YSZ粉末的制備技術(shù).硅酸鹽通報(bào),2004,4(1):580-1160 [3] 李佳，邵剛勤，段興龍，等.Ni/YSZ金屬陶瓷納米復(fù)合粉末的研制[J],中國(guó)粉體技術(shù)，2003，6(1):610-1560 [4] Zhongzhou Yi,Wei Liu and Jingtao Ma.Fabrication of YSZ/Ni Composites by Gelcasting[J]. Key Engineering Materia [5] YI Zhongzhou, ZHAI Fengrui, LI Ying, LIU Wei and XIE Zhipeng, Preparation of Ni/YSZ Anode Material using Gel-tape Casting and Performance Analysis[J].Advanced Materials Research,2010(105-106):650-652 Vols. l.2007,(336-338):434-436 [6] 周賢界,徐華蕊.固體氧化物燃料電池用YSZ電解質(zhì)納米粉體的濕法工藝進(jìn)展[J].電工材料,2006,2:35-38 [7] 葉曉萍.Ni/YSZ復(fù)合粉末及材料的液相制備技術(shù)[J].硅酸鹽通報(bào),2007，26（6）:1174-1183

同類(lèi)課題研究水平概述

國(guó)外Iwasawa，Moon, Marin ek等人都采用包裹共沉淀法制備出了SOFC陽(yáng)極材料，均有效的控制了Ni的燒結(jié)，并且防止Ni的團(tuán)聚。國(guó)內(nèi)李英等用一種改進(jìn)的共沉淀技術(shù)，使得Ni在YSZ/NiO復(fù)合粉體中、進(jìn)而在YSZ/NiO金屬陶瓷中分布的更均勻。王鳳華，郭瑞松等人先采用機(jī)械混合法制備了Ni相和氣孔分布均勻的SOFC陽(yáng)極材料，后采用包裹沉淀法制備了Ni相分布更均勻的陽(yáng)極材料；張珺等人亦采用包裹沉淀法以不同材料制備了SOFC陽(yáng)極材料。
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