鎳/釔安定化氧化鋯陶金

鎳/釔安定化氧化鋯陶金是固態氧化物燃料電池的電解質材料，固態氧化物燃料電池是指使用固體氧化物為電解質且在高溫下工作的燃料電池。通常使用諸如用氧化釔穩定的氧化鋯等固態陶瓷電解質。其工作溫度位於800~1000℃之間。

基本介紹

• 中文名：鎳/釔安定化氧化鋯陶金
• 屬性：固體電解質
• 特點：環境友好、壽命長等
• 學科：材料科學技術

概述

某物質在固體時呈離子狀態存在，並且具有很高的離子導電能力，就可以作為固體電解質。鎳/釔安定化氧化鋯陶金是一種高溫型固體電解質。它是氧離子導體，具有傳導氧離子的性質，同時還具有不滲透氧氣等氣體和鐵一類液體金屬的良好特性，因此成為高溫燃料電池，氣體測氧頭及金屬液測頭等廣泛使用的固體電解質。在冶金、電力、機械、化工等工業部門得到滿意的套用，取得了控制工藝操作、節約能源、節省原材料的良好使用效果。

作用原理

ZrO₂是一種離子晶體，這種離子晶體的離解能（或遷移能）很大，所以在室溫或低溫時表現為很好的電絕緣性。當在ZrO₂中添加某些陽離子半徑與鋯離子半徑相差在12%以內的低價氧化物，經高溫處理以後，低價離子部分地置換了高價的鋯離子（Zr⁺⁴），為保持系統的電中性，該結構中就形成了氧缺位型的固溶體。氧離子的缺位，以及在氧缺位附近的氧離子的遷移能的降低，使這種ZrO₂具備了傳遞氧離子的能力。

套用

固態氧化物燃料電池是以固態的氧化釔、氧化鋯為電解質，這些氧化物在高溫下能夠傳導氧離子，在電池中起著傳導氧離子、分隔氧化劑（如氧）和燃料氫的作用。構成固體氧化物燃料電池的關鍵部件為陰極、陽極、固體氧化物電解質隔膜（如氧化釔穩定的氧化鋯一YSZ）和雙極板或連結材料。按照電池結構的不同，固體氧化物電解質可分為平板形結構和圓管型結構。

固態氧化物燃料電池工作時，若以重整氣（氫氣和CO的混合物）為燃料，在電池內部發生以下反應。

在陰極，氧分子得到電子被還原為氧離子，即

氧離子在電解質隔膜兩側電位差與濃差驅動力的作用下，通過電解質隔膜中的氧空位，定向躍遷到陽極側並與燃料進行氧化反應，即

總反應

固體氧化物燃料電池在600～1000℃條件下工作，不但電催化劑無需採用貴金屬，而且還可以直接採用天然氣、氣化煤氣和碳氫化合物作燃料，簡化了電池系統。