基本信息
- 項目名稱：
- YSZ/NiO 復合陶瓷粉體的制備及其性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本研究采用化學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陽極材料。最后借助X-射線衍射儀（XRD）和透射電鏡儀（TEM）分析了其物相組成和顆粒形貌。研究結果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復合陶瓷粉體，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。
- 詳細介紹：
- 固體氧化物燃料電池（SOFC）以其系統(tǒng)設計簡單，能量轉換效率高，對環(huán)境友好，燃料適應性強和壽命長等優(yōu)異的性能得到了廣泛的應用，在能源日趨緊張，環(huán)境污染日益嚴重的當今世界，SOFC受到越來越多科學家及先進人士的廣泛關注，成為當今世界最具發(fā)展?jié)摿皯们熬暗木G色發(fā)電技術。其陽極材料的制備成為該領域的研究熱點。本研究采用化學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陽極材料。研究內(nèi)容主要包括化學液相包裹共沉淀法中NiO與YSZ的最佳配比、反應溫度的控制、粉體燒結制度的確定、粉體性能測試等，通過本校大學生科技創(chuàng)新項目組成員的共同努力，成功制備出了YSZ/NiO 復合陶瓷粉體。最后借助X-射線衍射儀（XRD）和透射電鏡儀（TEM）分析了其物相組成和顆粒形貌。研究結果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復合陶瓷粉體，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。實驗方法及流程：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后加入乙二醇，之后在90℃的恒溫水浴下攪拌一小時，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，以醇為介質(zhì)球磨3h，篩分后得到YSZ/NiO復合粉體。經(jīng)過實驗研究，結果如下： 1、采用化學液相包裹共沉淀法,以MYSZ:MNiO=90:10為最佳配比,可較好地將金屬Ni包裹起來，抑制其燒結，防止了Ni的團聚，制備出分布均勻的金屬陶瓷納米復合YSZ/NiO粉末； 2、YSZ/NiO復合粉末在600℃煅燒各相結晶良好，采用最強衍射峰晶面的半高寬，通過Scherrer公式計算可知，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)狀結構，有利于燃料電池陽極材料的成型； 4、采用化學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復合陶瓷粉體。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品的目的主要是制備出目前固體氧化物燃料電池陽極材料的基本原料。用化學液相包裹共沉淀法制備的粉體粒徑均勻、包裹緊密，適合用于較細粉體的制備，可用于此類粉體的制備。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、采用了一種新的更具發(fā)展?jié)摿Φ姆椒▉碇苽涑毢诵姆勰?，將化學技術和方法引入到固體氧化物燃料電池的陽極材料制備上來。 2、這種YSZ/NiO復合粉體成型后制備出的燃料電池陽極材料，能增大SOFC三相反應界面，從而提高電池轉化效率。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種設計簡單、能量轉換效率高、對環(huán)境友好、燃料適應性強并且使用壽命長的綠色發(fā)電技術，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陽極材料。
學術論文摘要
- 本文采用化學液相包裹共沉淀法通過對NiO與YSZ的最佳配比，反應溫度的控制及相關條件的研究，成功制備出YSZ/NiO復合陶瓷粉體。用X-射線衍射儀（XRD）分析了其物相組成，用透射電鏡儀（TEM）觀察了其顆粒形貌。研究結果表明，用該法可以制備出分布均勻的YSZ/NiO復合陶瓷粉體，其平均晶粒大小為30~50nm，性能穩(wěn)定。
獲獎情況
- 在2010年6月，在本校校報發(fā)表，同年，被評為本校大學生科技創(chuàng)新基金（SSTIF）項目優(yōu)秀項目
鑒定結果
- 1、通過XRD測試，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
- [1] 張珺,周和平,等.NiO包覆YSZ固體氧化物燃料電池陽極材料的制備研究[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陽極用NiO-YSZ粉末的制備技術.硅酸鹽通報,2004,4(1):580-1160 [3] 李佳，邵剛勤，段興龍，等.Ni/YSZ金屬陶瓷納米復合粉末的研制[J],中國粉體技術，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展[J].電工材料,2006,2:35-38 [7] 葉曉萍.Ni/YSZ復合粉末及材料的液相制備技術[J].硅酸鹽通報,2007，26（6）:1174-1183
同類課題研究水平概述
- 國外Iwasawa，Moon, Marin ek等人都采用包裹共沉淀法制備出了SOFC陽極材料，均有效的控制了Ni的燒結，并且防止Ni的團聚。國內(nèi)李英等用一種改進的共沉淀技術，使得Ni在YSZ/NiO復合粉體中、進而在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械混合法制備了Ni相和氣孔分布均勻的SOFC陽極材料，后采用包裹沉淀法制備了Ni相分布更均勻的陽極材料；張珺等人亦采用包裹沉淀法以不同材料制備了SOFC陽極材料。
