静电纺丝工艺及煅烧温度对Dy0.05Ce0.95O0.975纳米纤维形貌影响研究

郭夏溥，杨来侠*，徐超，赵哲，刘丹丹

（1.西安科技大学 机械工程学院，西安 710054；2.伦敦布鲁内尔大学 机械与航空航天工程系，伦敦 Uxbridge UB8 3PH）

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell）是一种全固态发电装置，它可以直接将化学能高效转换成电能，降低工作温度，被认为是极有前景的燃料电池之一[1-3]。具有氧化物结构的陶瓷电解质是固体氧化物燃料电池中重要的组成部分之一[4]，它在其中的作用主要是分隔阳极和阴极两端的气体以及在两电极之间传导氧离子，防止内部发生短路等[5]。因此，电解质需要满足离子电导率高、致密性好、化学相容性高等条件。应用较广的电解质材料包括萤石型电解质以及钙钛矿型电解质[6]。在萤石型电解质中，二氧化铈基电解质由于在中低温下较为稳定、能够减少密封问题等特点，与需要在900～1 000 ℃下才能稳定运行的氧化锆基电解质相比，获得了更多的关注[7-10]。但纯的氧化铈在微米级别时的导电能力很弱，所以需要通过掺杂异价离子来提高电导率。常见的掺杂离子包括Sm3+、Gd3+、Dy3+等三价离子[11-13]。传统的电解质制备方法，如丝网印刷法[14]、旋涂法[15]等，可以将电解质的厚度缩小到微米级别。随着薄膜技术的发展，化学气相沉淀技术[16]、物理气相沉淀技术[17]、喷墨打印[18]、静电纺丝法[19]等多种薄膜制备技术已经能够将电解质薄膜的厚度缩小至亚微米级别，极大提高了中低温下SOFC 的电化学性能。而在这些方法中，静电纺丝法由于其优异的特点，如制备的纳米纤维化学性能和机械稳定性好、比表面积大、操作简单、设备要求不高等，受到了广泛关注，成为可用于制备SOFC 电解质的新方法。……