金属支撑型固体氧化物燃料电池研究现状与发展

Ｖｏ１．４Ｎｏ４　Ａｐｒ．２００９　中国科技论文在线Ｓｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒ　Ｏｎｌｉｎｅ　第４卷第４期　２００９年４月　金属支撑型固体氧化物燃料电池研究现状与发展　孔永红，华摘斌，蒲　健　（华中科技大学材料科学与工程学院，材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉４３００７４）　要：金属支撑型固体氧化物燃料电池由于柔韧性好、低电阻及便于电堆组装等优点，被认为是固体氧化物　燃料电池（ＳＯＦＣ）发展的一个重要方向。从金属支撑型ＳＯＦＣ的发展背景出发，讨论了金属支撑型ＳＯＦＣ的优点，　重点阐述了金属支撑型ＳＯＦＣ的发展现状，同时对目前研究较多的Ｆｅ—Ｃｒ基和Ｎｉ基支撑型ＳＯＦＣ进行了介绍，并　评述了这２类金属支撑型ＳＯＦＣ的制备方法、存在问题及发展趋势。在此基础上简要介绍了华中科技大学材料　成型与模具国家重点实验室研究的有关工作，总结出该实验室镍金属支撑型ＳＯＦＣ制备工艺的优点，并对存在　的问题及今后的研究重点进行了分析讨论。　关键词：燃料电池；金属支撑；电解质；电性能　中图分类号：ＴＭ９１１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—７１８０（２００９）０４～０３０８—５　Ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　Ｋｏｎｇ　Ｙｏｎｇｈｏｎｇ，Ｈｕａ　Ｂｉｎ，Ｐｕ　Ｊｉａｎ　ｆＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＤｉｅ＆ＭｏｕＭ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ（ＳＯＦＣｓ）ａｒｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ａｓ　ａ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ＳＯＦＣ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ＳＵｃｈ　ａｓ　ｇｏｏｄ　ｆｌｅｘｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｆｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｓｔａｃｋ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｎｄ　ａｄｖａａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓＷａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｅｆｆｏｒｔｓｗｅｒｅｍａｉｎｌｙ　ｐｕｔ　ｏｎ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣ：Ｆｅ—Ｃｒ　ｂａｓｅｄ　ａｌｌｏｙ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣ　ｎｄ　ａＮｉ　ｂａｓｅｄ　ａｌｌｏｙ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｅｎｔｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ａｂｏｕｔ　ｍｅｔａｌ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄＳＯＦＣｉｎＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＷａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｔｌｓｔ，ｔａｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ；ｍｅｔａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔ；ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　０引言　能的全固态电化学装置，其主要由阳极层、电解质层和　阴极层３部分组成。在ＳＯＦＣ的制备中，通常需将某一　组件制备成一定厚度，以达到支撑整个单电池的目的，　单以ＳＯＦＣ支撑体类型而言，传统ＳＯＦＣ可以分为电解　固体氧化物燃料电池（Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ，ＳＯＦＣ）　是一种通过化学反应将燃料中的化学能直接转化为电　基金项目：武汉市科技攻关项［］（２００７１０３２１０８７）　作者简介：孔永红（１９８５一），男，硕士研究生　通信联系人：蒲健，副教授，ｐｕｊｉａｎ＠ｈｕｓｔ．ｅｄｕ．ｅｎ　第４卷２００９年４月　第４期　金属支撑型固体氧化物燃料电池研究现状与发展　３０９　质支撑型和电极支撑型。早期ＳＯＦＣ主要以电解质为支　ＳＯＦＣ的支撑体材料制备金属支撑型ＳＯＦＣ的研究备受　撑体，为了达到支撑强度，所制备的电解质较厚，一般　关注。由于金属材料的特点，使得金属支撑型Ｓ０ＦＣ具　在１００￣１５０　ｍ，而电极在５０　ｍ左右…。电极支撑型　有如下优点：　ＳＯＦＣ又分为阴极支撑型与阳极支撑型，目前研究较多　（１）与传统陶瓷支撑型ＳＯＦＣ相比，金属基体的高　的是阳极支撑型ＳＯＦＣ，不同支撑类型的Ｓ０ＦＣ优缺点　热导率极大地降低ＳＯＦＣ的热梯度及热应力，提高了　如表１所列。　ＳＯＦＣ的抗热冲击性；　　。无论是电解质支撑型ＳＯＦＣ，还是电极支撑型　（２）金属材料的高电子电导率有助于减小ＳＯＦＣ的　ＳＯＦＣ，其支撑体一般都采用陶瓷材料或金属陶瓷复合　欧姆电阻，提高其电性能；　材料。由于陶瓷材料不易加工，抗热冲击性及焊接性差，　（３）廉价的金属材料如不锈钢等用来作为单电池支　不利于电堆的组装，从而使得ＳＯＦＣ的制备成本较高。　撑体，可以大大降低ＳＯＦＣ的制备成本；　随着研究的不断深入，ＳＯＦＣ的制备技术及工艺日趋成　（４）金属材料易加工，有利于将支撑体加工成各种　熟，特别是电解质薄膜化及低温下新型电解质材料的开　所需的形状；　发，使ＳＯＦＣ的工作温度降低到６００￣８００℃范围以内，　（５）金属支撑体良好的柔性及便于电堆组装的密封　扩大了ＳＯＦＣ材料的选择范围，从而使金属材料在　与接触，从而提高电堆运行的稳定陛。　ＳＯＦＣ中的应用成为可能。近年来，选用金属材料作为　表１不同支撑类型ＳＯＦｔ的优缺点比较　Ｔａｂｌｅ１　Ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄＳＯＦＣ　１金属支撑型ＳＯＦＣ研究进展　金作为支撑体材料的使用。目前经研究证实，能够满足　最早提出采用金属材料作为ＳＯＦＣ支撑体是１９６６　作为ＳＯＦＣ支撑体的有Ｆｅ一３００ｒ【３ｊ、￥ＴＳ４３０【４Ｊ、Ｃｒｏｆｅｒ　２２　年【２Ｊ，当时选用铁素体不锈钢作为ＳＯＦＣ的支撑体材　ＡＰＵｔＳ￣等少数Ｆｅ基合金。因此，价格低廉的不锈钢材　料，并申请专利，但由于制备较为困难，在当时并未弓１　料得到了广泛的研究和使用。铁素体不锈钢的热膨胀系　起研究者的关注。直到３０年后，德国的ＤＬＲ利用真空　数大致为１０￣１０ｒ６　Ｋ－　，与电池其他组件较为接近，但　等离子喷涂技术，制备出金属支撑型ＳＯＦＣ，才引起人　抗氧化性较低。奥氏体不锈钢则具有较好的抗氧化　们对其的重视。目前，德国航空航天中心和Ｊｕｌｉｃｈ研究　性，但其热膨胀系数（～１６ｘ１０　）较高，与电池其他　中心，英国的Ｃｅｒｅｓ　Ｐｏｗｅｒ公司和帝国学院，美国劳伦　组件的匹配性较差　Ｊ。为了解决Ｆｅ基合金的抗氧化性　斯伯克力国家实验室等在此研究方面都取得了不俗的　及与电池其他组件热膨胀系数的匹配性问题，多是采取　成就。此外，韩国和加拿大也进行了大量研究。目前对　在Ｆｅ基合金中添加其他元素，其中以添加Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、　金属支撑型ＳＯＦＣ的研究主要集中于材料的选择及制　Ｍｎ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｗ、Ｌａ、Ｙ或Ａｌ居多。英国Ｃｅｒｅｓ　备技术上，就支撑体材料而言，金属支撑型Ｓ０ＦＣ主要　Ｐｏｗｅｒ公司经长期研究，开发了３种不同等级的铁素体　分为Ｆｅ基支撑型ＳＯＦＣ和Ｎｉ基支撑型ＳＯＦＣ２类。　不锈钢支撑体，主要是Ｆｅ－Ｃｒ合金，其中采用Ｔｉ－Ｎｂ稳　１．１　Ｆｅ基支撑型ＳＯＦＣ　定的Ｆｅ．１７Ｃｒ合金，完全可以满足低于６００℃的抗氧化　Ｆｅ基支撑型ＳＯＦＣ是研究较多的金属支撑型　和抗腐蚀要求，且其热膨胀系数与所选用的ＧＤＣ　ＳＯＦＣ。Ｆｅ基合金作为支撑体主要面临２个问题，一是　（ＧｄｚＯ３掺杂的ＣｅＯ２）电解质材料相匹配，都在　１２．５￣１０ｒ６～１２．８×１０ｒｏ　范围内　。另外，在Ｆｅ基合金　长期的中高温工作环境很容易造成金属材料的严重氧　化，二是金属材料与电解质材料热膨胀系数的不匹配，　表面制备一层过渡层，也可以有效解决热膨胀系数的匹　易导致电解质层的开裂，这很大程度上限制了Ｆｅ基合　配性问题。　３　１０　中国科技论文在线Ｓｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒ　Ｏｎｌｉｎｅ　第４卷第４期　２００９年４月　在所研究的Ｆｅ基合金中，以Ｆｅ－ｃｒ合金居多，为　厚的ＹＳＺ电解质层，使金属支撑型ＳＯＦＣ工作温度降　了能够满足ＳＯＦＣ工作环境的要求，Ｃｒ元素的含量大　到７００℃以下（６５０－７００℃）。该单电池在７００℃测试时　多在ｌ８％～２６％范围之内　。但Ｆｅ—Ｃｒ合金在高温环境　的最大功率密度可以达到３３２　ｍＷ／ｃｍ２，工作电压稳定　中的长期稳定性较差，因此对于Ｆｅ基支撑型ＳＯＦＣ，　在０．７　Ｖ，并且在测试中表现出了很好的稳定性。这是　需要尽可能的降低其工作温度。目前的研究主要是采用　迄今为止所报道的以ＹＳＺ为电解质的金属支撑型　新型电解质材料如ＤＣＯ（掺杂的ＣｅＯ２）、ＬＳＧＭ（Ｓｒ和　ＳＯＦＣ在７００℃下所测得的最佳性能。　Ｍｇ掺杂的ＬａＧａＯ３）等低温下具有高离子电导率的材　１．２　Ｎｉ基支撑型ＳＯＦＣ　料，以及电解质层的薄膜化等。新型电解质材料的使用　金属Ｎｉ具有高的耐热温度（可高达ｌ　２００℃）和　可以极大地降低金属支撑型ＳＯＦＣ的工作温度，目前已　耐高温强度，且具有较高的催化活性，因而与其它金　经制备出在４００￣６００℃低温段工作的Ｆｅ．Ｃｒ基支撑型　属支撑型ＳＯＦＣ相比，Ｎｉ基支撑型ＳＯＦＣ将具有更为　ＳＯＦＣ［２］ｏ这是迄今所报道的最低工作温度段的金属支撑　优异的电性能ＩＪ　。因此Ｎｉ基支撑型ＳＯＦＣ亦备受关　型ＳＯＦＣ。但是一些新型电解质材料ＤＣ０如ＧＤＣ，虽　注，在这方面研究比较多的有台湾核能研究所和加拿　然在低温下具有较高的离子导电性，但由于其混合导电　大创新研究所。由于Ｎｉ的热膨胀系数为ｌ６．５×ｌ０ｒｏ　‘　性，易造成电解质层的电子导电。为了克服ＧＤＣ电解　（室温～４５０℃），与传统使用的电解质材料如　质层的电子导电，可以在金属支撑体上制备双层电解质　ＹＳＺ（１０．９×ｌ０ｒｂ　）差异较大，因而支撑体与电池其他组　如ＬＳＧＭ／ＳＤＣ（Ｓｍ２０３掺杂的Ｃｅ０２）、ＳｃＳＺ（Ｓｃ２０３　件的界面处很容易出现裂纹，甚至在长期的运行中造成　掺杂的ＺｒＯ２）／ＧＤＣ、ＹＳＺ（Ｙ２０３稳定的ＺｒＯ２）／ＳＤＣ　电解质层的开裂。加拿大创新研究所选用了ＨａｓｔｅＵｏｙ　Ｘ　等，不仅可以克服电解质层电子导电，而且可以有效地　合金作为支撑体材料，其合金成分及物理性能如表２所　降低金属支撑型ＳＯＦＣ。传统的电解贡材料ＹＳＺ虽然具　示，该合金能够满足与所选用的ＳＤＣ电解质热膨胀系　有较高的稳定性，但是由于低温下离子导电性较低，限　数匹配性【ｌ　。目前该研究所已制备出工作温度在５００～　制了其在Ｆｅ基支撑型ＳＯＦＣ中的使用。为了解决这个　６００℃的镍基合金支撑型ＳＯＦＣ，其中在６００℃时，最　问题，美国劳伦斯伯克力国家实验室一直致力于在　大输出功率密度为１７６　ｍＷ／ｃｍ２，此电性能相比于其他　Ｆｅ—Ｃｒ基合金支撑体上实现ＹＳＺ电解质的薄膜化的研　的镍基合金支撑型ＳＯＦＣ，取得了很大的进步，有望应　究，目前已经取得突破性进展¨Ｕ＿。其中采用气溶胶喷涂　用于辅助动力装置中。　工艺，在管式Ｆｅ－Ｃｒ基合金支撑体上制备出５－２０　ｕｍ　表２　Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ　ｘ合金成　及４勿理性　’　Ｔａｂｌｅ２　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＨａｓｔｅｌｌｏｙＸ　ｂ：Ｍａｘｉｌｌｌｕｍ　１．３金属支撑型ＳＯＦＣ的制备及存在问题　较厚或者烧结后的致密度较高，基体很难彻底还原。在　虽然金属支撑型ＳＯＦＣ相比于传统的陶瓷支撑型　金属支撑型ＳＯＦＣ的制备中，如何在金属支撑体上获得　ＳＯＦ℃具有较多的优点，但是金属支撑型ＳＯＦＣ的制备　致密的电解质层，是制备金属支撑型Ｓ０Ｆ℃所面临的最　较为困难。由于ＳＯＦＣ需要通人气氛才能正常工作，因　为关键的一个问题，也是当前研究的重点。随着薄膜成　此支撑体必须具有多孔性，目前研究中多采用２种方法　型技术的发展，一些薄膜成型技术如脉冲激光沉积　制备支撑体：一是通过干压的方法ＩＪ　，即将金属粉与　（ＰＬＤ）［２１、真空等离子喷涂（ｓＰＳ）ｕｌｊＪ、大气等离子喷涂　有机添加剂混合压制成型，然后低温烧结后获得多孔金　（ＡＰＳ）￣６Ｊ等，由于具有无需高温烧结及制备的电解质致　属支撑体；但是通过这种方法制备的支撑体，其气孔率　密度高等优点，因此在金属支撑型ＳＯＦＣ的制备中得到　一般低于４０％，达不到理论要求。另一个是采取还原金　了应用，有效解决了电解质致密化的技术难题，在很大　属氧化物的方法【Ｊ　，这个方法简单有效，但如果支撑体　程度上促进了金属支撑型Ｓ０ＦＣ的发展。但是，这些制　金属支撑型固体氧化物燃料电池研究现状与发展　３　１　１　备技术大多工艺复杂，成本较高，不利于金属支撑型　ＳＯＦＣ的规模化和商业化。　目前，探索低成本的制备工艺仍是当今研究的重　使用阳极支撑型ＳＯＦＣ的制备工艺，必将是制备金属支　撑型ＳＯＦＣ最为有效的方法之一。这个方法的创新点　是，首先制备金属氧化物支撑的ＳＯＦＣ，然后通过金属　点。为了降低制备成本，也有很多研究放在了还原气氛　中高温共烧的工艺上　。该方法不但可以使工艺简单　化，而且可以采用低成本的陶瓷成型工艺　ｕｊ。但是，还　氧化物的还原，制备出多孔金属支撑型ＳＯＦＣ。华中科　技大学进行了这方面的研究，并取得突破性进展。其首　先选用氧化镍作为初始支撑体材料，将氧化镍配制成浆　料，通过流延工艺制备出氧化镍基体，然后采用丝网印　刷的方法，在氧化镍基体上分别制备阳极功能层　原气氛中高温烧结很容易造成金属支撑体与阳极功能　层之间金属元素的扩散。尤其是当采用Ｆｅ—ｃｒ合金作为　支撑体时，阳极中的Ｎｉ扩散进入支撑体层将会导致合　金的奥氏体化，从而降低金属支撑体与单电池其他组件　热膨胀系数的匹配性。合金中的Ｆｅ、Ｃｒ（特别是ＣＯ元素　扩散进入阳极，将会在Ｎｉ颗粒表面形成氧４－￣＇ｅ３，造成　电池性能下降。为了有效阻止高温下元素之间的互扩　散，可以在金属支撑体与活性阳极层之间，制备一层　具有电子导电性的扩散阻挡层，可以很大程度上提高　电池的电性能　。由于电解质的致密化需要较高的温　度（１　２００℃以上），因此在还原气氛中易造成阳极层金　属小颗粒的长大。目前较为一个有效的方法是，先制备　出金属支撑型ＳＯＦＣ，然后通过渗透的方法将金属小颗　粒渗入多孔的阳极层，并于低温下烧结，最终制得阳极　催化活性较高的金属支撑型ＳＯＦＣ【ｌ　。但是这个方法适　用于管状的金属支撑型ＳＯＦＣ，难以适用于平板式金属　支撑型ＳＯＦＣ。　开发成本较低的电解质成型工艺，也是降低金属支　撑型ＳＯＦＣ制备成本的一个有效方法。迄今为止，Ｃｅｒｅｓ　Ｐｏｗｅｒ公司已经开发出一种能够在１　ＯＯＯ℃下就可以实　现电解质完全致密烧结的低成本工艺——电泳沉积电　解质层ＧＤＣ，而电极则采用丝网印刷或者湿法喷涂成　型方法，此工艺可满足金属支撑型ＳＯＦＣ的工业化生　产。目前，该公司与帝国学院联合研究，巳制备出了电　性能较为优越的金属支撑型ＳＯＦＣ。此单电池在５７０℃　时，最大输出功率密度可以达到４００　ｍＷ／ｃｍ２，并通过　电堆组装测试，４０个单电池片获得了１４０　Ｗ的总输出　功率。这项研究使金属支撑型ＳＯＦＣ朝着商业化的方向　迈出了大步【　。　．　在固体氧化物燃料电池的研究中，传统支撑型　ＳＯＦＣ的制备工艺已经成熟，尤其是阳极支撑型ＳＯＦＣ，　正在进行千瓦级电堆的组装　，朝着商业化的方向迈　进。阳极支撑型ＳＯＦＣ的制备之所以工艺简单、成本较　低，并且可以制备出面积较大的单电池，是因为采用了　成本较低的湿法陶瓷成型工艺和高温共烧的方法。如果　能够借鉴使用阳极支撑型ＳＯＦＣ的制备工艺　ｚｊＪ，那就　可以极大地降低金属支撑型ＳＯＦＣ制备成本，加快其发　展。因此，选用金属氧化物作为初始支撑体材料，借鉴　Ｎｉ／ＹＳＺ与电解质层ＹＳＺ。为了实现电解质的致密化，　制得的半电池将在１　４５０℃高温下共烧４　ｈ，然后丝网印　刷复合阴极，经过１　３００℃烧结后，即制得氧化镍支撑　的ＳＯＦＣ；最后将氧化镍支撑的单电池在７５０℃还原气　氛中进行还原，经过９　ｈ还原，氧化镍支撑体被还原为　多孔的金属镍支撑体，最终制备成镍金属支撑型ＳＯＦＣ。　图１所示为制得的金属镍支撑型ＳＯＦＣ经测试后的ＳＥＭ　截面，可以看到各部分接触良好，并未因Ｎｉ与ＹＳＺ热　膨胀系数的不匹配而造成电解质层的开裂。经测试，该　单电池在７００℃、７５０℃和８００℃下测得的功率密度分　别为３１０、５１０和８０３　ｍＷ／ｃｍ２。该工艺的优点是成本　较低，便于单电池的规模化生产。但是，单电池ＯＣＶ　约为１．０２　Ｖ，这说明电解质并未完全致密，电解质层可　能存在气孔。另外，共烧温度较高，ｌ　４５０℃高温易造　成氧化镍基体的致密，不利于氧化镍的彻底还原。因此，　今后的研究重点将放在电解质的致密化烧结和降低共　烧温度等方面。目前，实验室正采取在氧化镍基体中添　加造孔剂的方法，通过添加造孔剂，促使基体在共烧过　程中收缩，期望实现电解质的致密化烧结。　图１镍金属支撑ＳＯＦＣ经测试后的ＳＥＭ截面图　Ｆｉｇ．１　Ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ　ｏｆａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｅｌｌ　ａｆｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇ　目前，关于金属支撑型ＳＯＦＣ的研究多停留在电池　材料的选择与开发及单电池的制备与测试上，对金属支　３１２　中国科技论文在线Ｓｃｉｅｎｃｅｐａｐｅｒ　Ｏｎｌｉｎｅ　第４卷第４期　２００９年４月　撑型ＳＯＦＣ电堆组装及测试方面的研究报道较少，这主　ｓｐｒａｙｉｎｇ（ＡＰＳ）ｍ．ＳｕｒｆＣｏａｔ　Ｔｅｅｈｎｏｌ，２００７，２０２：４９９－５０８．　Ｍｏｌｉｎ　Ｓ，ＧａｚＡＡ　Ｍ，Ｋｕｓｚ　Ｂ，ｅ￡ａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｎ　ｏｆ　ｏ３１６　Ｌ　ｐｏｒｏｕｓ　要是由于单电池的性能及制备成本都还未能达到商业　化的要求。Ｃｅｒｅｓ　Ｐｏｗｅｒ公司　叫采用氢气作为燃料气体，　使用激光焊的方法，将金属支撑型ＳＯＦＣ单电池与金属　连接体焊接在一起，组装成电堆，并使用传统的压缩圈　ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ＳＯＦＣ　ｓｕｐｐｏｒｔ叨．Ｊ　Ｆｕｒ　Ｃｅｒａｍ　Ｓｏｃ，２００９，２９：　７５７．７６２．　ＢｒａｎｄｏｎＮＰ，ＣｏｒｃｏｒａｎＤ，ＣｕｍｍｉｎｓＤ．ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｅｔａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ　ｆｏｒ　ｏｐｅ￣ｏｎ　ａｔ　５００－６００℃叨．Ｊ　ＭａｔｅｒＥｎｇＰｅｒｆｏｒｍ，２００４，１３：２５３—２５６．　作为电堆的密封材料。测试结果表明，电堆的输出功率　密度可达到单电池的８０％以上，在经历２５次热循环及　７次氧化还原循环后，电堆性能并未出现明显衰减。目　ＭｏｎｔｅｒｏＸ，ＴｉｅｔａＥ　ＳｔｏｖｅｒＤ，ｅｔａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｎｏｆｃｏｍｍｅｒｃｉｏａｌ　ａｌｌｏｙｓ　ａｓ　ｃａｔｈｏｄｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｆｏｒｍｅｔａｌ－ｓｕ￣ｔｕｂｕｌａｒ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌｓ明．ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２００９，５１：ｌ１０－１１８．　前Ｃｅｒｅｓ　Ｐｏｗｅｒ公司正计划研究生产１－２５千瓦级电堆，　预计应用在机动车辆及住宅区的ＣＨＰ等方面。　２展望　固体氧化物燃料电池已成为目前发展最为迅速的　能源技术之一，特别是阳极支撑型ＳＯＦＣ技术日益成　熟，这为金属支撑型ＳＯＦＣ的发展及材料的选择提供了　很好的技术指导和参考，而金属支撑型ＳＯＦＣ由于其自　身的优点，亦越来越受关注。目前，金属支撑型ＳＯＦＣ　的研究已取得一系列进展，但大多还停留在探索阶段，　带Ｕ备的金属支撑型ＳＯＦＣ所测得的电性能并不理想，仍　然存在着一系列问题，如何提高合金材料的抗氧化陛及　抗腐蚀眭，在降低金属支撑型ＳＯＦＣ工作温度的同时保　持其优良的电性能仍是目前急需解决的关键问题。今　后，选择合适的金属支撑体材料，开发新型的电解质与　电极材料，探寻工艺简单、低成本的电解质成型工艺及　降低电解质烧结温度仍将是金属支撑型ＳＯＦＣ的主要　研究方向。与国外相比，目前国内对金属支撑型ＳＯＦＣ　的研究报道甚少，我国应加快对该技术的研发，以期在　此领域中有所突破和发展。　［参考文献】　向舶ｃｅｓ）　［１］Ｐａｔｅｈａｍｖｏｒａｅｈｏｔ　Ａｒｏｐｍｕｉｃｈａｎｏｐ　Ｃｈｕａｃｈｕｅｎｓｕｋ　Ａ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａ　ｐｌａｎａｒ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ：Ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｌ＇ｔｓｌｒｕｃｔｕｒｅｓ　．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００８，ｌ７７：２５４－２６１．　［２１　Ｈｕｉ　ＳＱＹａｎｇＤＦ，ＷａｎｇＺ　ｅｔａ１　Ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏａｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｕｆｅｌ　ｃｅｌｌ　ｏｐｉａｔｅｄ　ａｔ　４０Ｏ－６００℃　．Ｊ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００７，１６７：　３３６－３３９．　［３］　ＡｎｔｅｐａｒａＬＶｉｌｌａｒｒｅａｌＩ，Ｒｏｒｄｆｉｇｕｅｓ４）ＲＤＲＩＧ￣ＭａＲｍｅｓＬ　Ｍ．ｅｔ　ａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆｆｅｒｒｉｉｆｃ　ｓｔｅｅｌｓ　ｆｏｒ　ｕｓｅ　ａｓ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎ￣ｔｓ　ａｎｄ　ｐｏｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ　ｉｎ　ＩＴ－ＳＯＦＣｓ叨．Ｊ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００５，１５１：　１０３．１０７．　［４］Ｌｅｅ　Ｃ，Ｂａｅ　Ｊ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｏｓｆｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ阴．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｅｃｓ，２００８，１７６：６２－６９．　ｆ５】　Ｓｔｏｖｅｒ　Ｄ’Ｈａｔｈｉｒａｍａｎｉ　Ｄ，Ｖａｓｓｅｎ　Ｒ　ｅｔ　ａ１．Ｐｌａｓｍａ　ｓｐｒａｙｅｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒＳ０ＦＣ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　．ＳｕｒｆＣｏａｔＴｅｃｈｎｏ１．２００６，２０１：　２０ｏ２＿２ｏｏ５．　［６］　ＶａｓｓｅｎＲＨａｔｈｉｒａｍａｎｉＤ，Ｍｅｒｔｅｎｓ　Ｊ＇ｅｔ　ａ１．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｏｆｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｌｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ（ＳＯＦＣｓ）ｗｉｔｈ　ａａｎｏｓｐｈｅｒｉｃｐｌａｓｍａ　［１０】　ＴｕｃｋｅｒＭＣ，ＬａｕＧＹ，Ｊａｃｄ）ｓ０ｒ１ＣＰ，ｅｔａ１．ｓｔａｂｉｌ　ａｎｄ　ｒｏｂｕｓｍｅ￣ｓ　ｏｆｍｅｔａｌ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣｓ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｍ＇ｃｅｓ，２００８，１７５：４４７－４５１．　ＨｕａｎｇＱ　Ａ’Ｂｅｒｇｈａｕｓ　ＪＯ，ＹａｎｇＤＥ　ｅｔａ１．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｎｏ　ａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ　ｍｅｔａｌ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣｓ　ｆｉ＇ｏｍ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｏ　ｐｒｏｅｅｓｓｅ￣　．Ｊ　ＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２ｏ０８，１７７：３３９－３４７．　［１２］　Ｗａｎｇ　Ｚ　Ｗ，Ｂｅｒｇｈａｕｓ　Ｊ　Ｏ，Ｙｉｃｋ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｉ）ｙｌｌｆｌ￣ｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｏ　ｏｆ　ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｍａｗｅ　ｍｅｔａｌ—ｓｌｌｐｐｏｌ＇ｔｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅ　ｆｕｅｌ　ｃｅｌｌ　ｏｒｋｍｔｅｄ　ｔ０　ａｕｘｉｌｉａｒｙｐｏｗｅｒｕｎｉｔｓ　．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００８，１７６：９０－９６．　［１３］　Ｂｒａｎ血ｅｒ　Ｍ，Ｂｒａｍ　Ｍ，Ｆｏｉｔ￣ｅｉｍ　Ｊ．ｅｔ　ａ１．￣ｅａｌｌｙ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｄｉｆｕｓｉｏｎ　ｂａｒｉｒｅｒ　Ｌａｙｅｒｓ　ｆｏｒ　ｍｅｔｌａ－ｓｕ￣ＳＯＦＣ叨．Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｉｏｎｉｃｓ，２００８．１７９：１５０１一ｌ５ｏ４．　Ｕ４１　ＭａＲｔｓ　Ｙ　Ｂ，Ｏｅ］ｏｒ￣ｅ　Ｌ　Ｃ＇Ｊａｃｏｂｓｏｎ　ｃ　Ｐ＇ｅｔ　ａＩ．Ｍｅｔａ／－ｓｕｐｐｏａｅｘ／　ｓｏｌｉｄ　ｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｍｅｍｂｒａｎｅｓｆｏｒｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌ　ｃｙｃｌｉｎｇ阴．Ｓｏｌｉｄ　ＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓ．２ｏｏ５．１７６：４４３￣９．　［１５］　Ｊｏｏ　ＪＨ，ＣｈｏｉＧＭ．Ｓｉｍｐｌｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｏｏｆｍｉｃｒｏ－ｏｓｌｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｏｎ　ｍｅｔａｌ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ阴．Ｊ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓ０ｕｒｃ　２０ｏ８，１８２：　５８９．５９３．　【１６］Ｈｗａｎｇ　Ｃ　Ｓ，Ｔｓａｉ　Ｃ　Ｈ，Ｌｏ　Ｃ　Ｈ　ｅｔ　ａ１．Ｐｌａｓｍａ　ｓｐｒａｙｅｄ　ｍｅｔａｌ　ＹＳ　Ｎｉ＿Ｉ　ＧＭ—ＬＳＣＦ　ｎ’ｓＯＦＣ　ｗｉｈｔ　ｍｍｏｓｍｌｃｍ／ｅｄ　ａｎｏｄｅ　ｆＪ１．Ｊ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００８，１８０：１３２．１４２．　［１７】Ｖｉｌａｒｒｅａｌ　Ｉ，Ｊａｃｏｂｓｏｎ　Ｃ，Ｌｅｍｉｎｇ　Ａ’ｅｔ　ａ１．Ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　Ｓｏｌｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ　．Ｅｌｅｃｔｍｃｈｅｍ　Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ　Ｌｅｔｔ，２ｏｏ３，６：　Ａｌ７８－Ａ１７９．　［１８】Ｔｕｃｋｅｒ　Ｍ　Ｃ，Ｌａｕ　Ｇｒ　Ｙ’Ｊａｃｏｂｓｏｎ　Ｃ　Ｐ＇ｅｌ；ａ１．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ＳＯＦＣｓ　ｗｉｈｔ　ｉｎｆｉｌｗａｔｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ明．Ｊ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００７，１７１：４７７－４８２．　［１　９］Ｙｏｋｏｏ＾，Ｌ　Ｔａｂａｔａ　Ｙ’Ｙｏｓｈｉｄａ　Ｙ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ１　ｋｗｃｌａｓｓ　ＳＯＦＣ　ｓｔａｃｋ　ｕｓ吨ａｎｏｄｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｐｌａｎａｒｃｅｌｌｓ　．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，　２０ｏ８．１８４：８４－８９．　【２ｏ］Ｚｈｏｕｗ，ＳｈｉＨＧ，ＲａｎＲ　ｅｔａ１．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆａｎ　ａｎｏｄｅ－ｓｕｌ￣ｏｒｔｄｅ　ｙｔｔｒｉａ－ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｚｉｒｃｏｎｉａｔｈｉｎｆｉｌｍｆｏｒ　ｓｏｌｉｄ－ｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ　ｖｉａｗｅｔ　ｐｏｗｄｅｒｓｐｒａｙｉｎｇ闭．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，２００８，１８４：２２９－２３７．　［２１］Ｓｏｎｇ　ＪＨ，Ｐａｒｋ　ＳＩ，Ｌｅｅ　ＳＩ，ｅ【ａ１．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｏ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆａｎ　ａｎｏｄｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙｔｈｅｔａｐｅ　ｅａｓａｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ＩＴ－ＳＯＦＣ　．Ｊ　Ｍａｔｅｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，１９８：　４１４－４ｌ８，　［２２】ＳｕｎＷＷＨｕａｎｇＸ　Ｑ’ＬｖＺ，ｅｔａ１．Ｎｉｏ　ｓｚａｎｏｄｅ　ｓｕｂｓＷａｔｅｆｏｒ　ｓｃｒｅｅｎ－ｐｒｉｎｔｉｎｇｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＹＳＺ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｆｉｌｍｉｎｓｏｌｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌ　ｅｃｌ［Ｓ１．ＪＰｈｙｓＣｈｅｍＳｏｌｉｄｓ，２００９，７０：１６４－１６８．　［２３】Ｚｈａｏ　Ｌ　Ｊ，ＨｕａｎｇＸＱ，ＺｈｕＲＢ，ｅｔａ１．Ｏｐ￣ｎｏｏｎｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｏｒ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＤＣ　ｆｉｌｍ　ｂｙ　ｓｃ　朗－ｐ　岫［１ｇ　ｕｓｅｄ　ａ８　ｅｌｅＵｏｌｙｔｅｉｎ／Ｔ－ＳＯＦＣ　．ＪＰｌａｙｓＣｈｅｍＳｏｌｉｄｓ，２００８，６９：２０１９－２０２４．