基本信息
- 项目名称：
- YSZ/NiO 复合陶瓷粉体的制备及其性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究采用化学液相包裹共沉淀法在YSZ颗粒表面包裹一层NiO，制备出YSZ/NiO复合材料粉体，该粉体可以用于溶胶-凝胶注模成型工艺制备YSZ/Ni阳极材料。最后借助X-射线衍射仪（XRD）和透射电镜仪（TEM）分析了其物相组成和颗粒形貌。研究结果表明，用该法可以制备出分布均匀的YSZ/NiO复合陶瓷粉体，其平均晶粒大小大约为30~50nm，颗粒分布均匀，粉体性能稳定。
- 详细介绍：
- 固体氧化物燃料电池（SOFC）以其系统设计简单，能量转换效率高，对环境友好，燃料适应性强和寿命长等优异的性能得到了广泛的应用，在能源日趋紧张，环境污染日益严重的当今世界，SOFC受到越来越多科学家及先进人士的广泛关注，成为当今世界最具发展潜力及应用前景的绿色发电技术。其阳极材料的制备成为该领域的研究热点。本研究采用化学液相包裹共沉淀法在YSZ颗粒表面包裹一层NiO，制备出YSZ/NiO复合材料粉体，该粉体可以用于溶胶-凝胶注模成型工艺制备YSZ/Ni阳极材料。研究内容主要包括化学液相包裹共沉淀法中NiO与YSZ的最佳配比、反应温度的控制、粉体烧结制度的确定、粉体性能测试等，通过本校大学生科技创新项目组成员的共同努力，成功制备出了YSZ/NiO 复合陶瓷粉体。最后借助X-射线衍射仪（XRD）和透射电镜仪（TEM）分析了其物相组成和颗粒形貌。研究结果表明，用该法可以制备出分布均匀的YSZ/NiO复合陶瓷粉体，其平均晶粒大小大约为30~50 nm，颗粒分布均匀，粉体性能稳定。实验方法及流程：将适量Ni(NO3)2•6H2O溶解到60℃的去离子水中，并加入适量的柠檬酸，在60℃的恒温下搅拌半小时后加入乙二醇，之后在90℃的恒温水浴下搅拌一小时，接着加入YSZ粉末，然后在200℃的盐浴加热下搅拌直至水份完全蒸发干净。将所得的产物在600℃下煅烧一小时，以醇为介质球磨3h，筛分后得到YSZ/NiO复合粉体。经过实验研究，结果如下： 1、采用化学液相包裹共沉淀法,以MYSZ:MNiO=90:10为最佳配比,可较好地将金属Ni包裹起来，抑制其烧结，防止了Ni的团聚，制备出分布均匀的金属陶瓷纳米复合YSZ/NiO粉末； 2、YSZ/NiO复合粉末在600℃煅烧各相结晶良好，采用最强衍射峰晶面的半高宽，通过Scherrer公式计算可知，YSZ/NiO粉末的平均晶粒大小为30~50 nm； 3、从粉体的SEM形貌看，金属相Ni和陶瓷相ZrO2之间均匀分布，包裹紧密，形成致密的网状结构，有利于燃料电池阳极材料的成型； 4、采用化学液相包裹共沉淀法成功合成了分布均匀致密，性能稳定的YSZ/NiO复合陶瓷粉体。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品的目的主要是制备出目前固体氧化物燃料电池阳极材料的基本原料。用化学液相包裹共沉淀法制备的粉体粒径均匀、包裹紧密，适合用于较细粉体的制备，可用于此类粉体的制备。
科学性、先进性及独特之处
- 1、采用了一种新的更具发展潜力的方法来制备超细核心粉末，将化学技术和方法引入到固体氧化物燃料电池的阳极材料制备上来。 2、这种YSZ/NiO复合粉体成型后制备出的燃料电池阳极材料，能增大SOFC三相反应界面，从而提高电池转化效率。
应用价值和现实意义
- 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种设计简单、能量转换效率高、对环境友好、燃料适应性强并且使用寿命长的绿色发电技术，本研究制备的粉体可以用于溶胶凝胶注模成型工艺制备SOFC用YSZ/Ni阳极材料。
学术论文摘要
- 本文采用化学液相包裹共沉淀法通过对NiO与YSZ的最佳配比，反应温度的控制及相关条件的研究，成功制备出YSZ/NiO复合陶瓷粉体。用X-射线衍射仪（XRD）分析了其物相组成，用透射电镜仪（TEM）观察了其颗粒形貌。研究结果表明，用该法可以制备出分布均匀的YSZ/NiO复合陶瓷粉体，其平均晶粒大小为30~50nm，性能稳定。
获奖情况
- 在2010年6月，在本校校报发表，同年，被评为本校大学生科技创新基金（SSTIF）项目优秀项目
鉴定结果
- 1、通过XRD测试，得到ZrO2-NiO粉末中ZrO2的平均晶粒大小为30~50nm。 2、由TEM可以看出NiO相与YSZ相均匀分布，Ni较好地镶嵌在YSZ相中间，分布均匀。
参考文献
- [1] 张珺,周和平,等.NiO包覆YSZ固体氧化物燃料电池阳极材料的制备研究[J].稀有金属材料与工程,2007,36（2）:606-608 [2] 王凤华，郭瑞松，魏揪桐.SOFC阳极用NiO-YSZ粉末的制备技术.硅酸盐通报,2004,4(1):580-1160 [3] 李佳，邵刚勤，段兴龙，等.Ni/YSZ金属陶瓷纳米复合粉末的研制[J],中国粉体技术，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] 周贤界,徐华蕊.固体氧化物燃料电池用YSZ电解质纳米粉体的湿法工艺进展[J].电工材料,2006,2:35-38 [7] 叶晓萍.Ni/YSZ复合粉末及材料的液相制备技术[J].硅酸盐通报,2007，26（6）:1174-1183
同类课题研究水平概述
- 国外Iwasawa，Moon, Marin ek等人都采用包裹共沉淀法制备出了SOFC阳极材料，均有效的控制了Ni的烧结，并且防止Ni的团聚。国内李英等用一种改进的共沉淀技术，使得Ni在YSZ/NiO复合粉体中、进而在YSZ/NiO金属陶瓷中分布的更均匀。王凤华，郭瑞松等人先采用机械混合法制备了Ni相和气孔分布均匀的SOFC阳极材料，后采用包裹沉淀法制备了Ni相分布更均匀的阳极材料；张珺等人亦采用包裹沉淀法以不同材料制备了SOFC阳极材料。
