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《Journal of the European Ceramic Society》:用8mol %氧化钇稳定氧化锆光固化浆料通过SLA制备了单片固体氧化物燃料电池堆

《Journal of the European Ceramic Society》:用8mol %氧化钇稳定氧化锆光固化浆料通过SLA制备了单片固体氧化物燃料电池堆

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-02-19 09:39
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【概要描述】报道了该研究系统地研究了不同单体组合和光引发剂含量的树脂预混料的固化性能。在此基础上,对含有8YSZ高固含量浆料的流变性能和稳定性进行了研究。研究人员使用固化性能好、分散性好、稳定性高的8YSZ浆料制备了具有独立气路的单片SOFC堆电解质支架。该研究的目标是通过优化8YSZ浆料,为SLA 3D打印在SOFC领域的应用奠定基础。

《Journal of the European Ceramic Society》:用8mol %氧化钇稳定氧化锆光固化浆料通过SLA制备了单片固体氧化物燃料电池堆

【概要描述】报道了该研究系统地研究了不同单体组合和光引发剂含量的树脂预混料的固化性能。在此基础上,对含有8YSZ高固含量浆料的流变性能和稳定性进行了研究。研究人员使用固化性能好、分散性好、稳定性高的8YSZ浆料制备了具有独立气路的单片SOFC堆电解质支架。该研究的目标是通过优化8YSZ浆料,为SLA 3D打印在SOFC领域的应用奠定基础。

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2022年3月30日,山东理工大学和斯威本理工大学的研究人员在《Journal of the European Ceramic Society》上发表题为A new and simple way to prepare monolithic solid oxide fuel cell stack by stereolithography 3D printing technology using 8 mol% yttria stabilized zirconia photocurable slurry的研究论文,报道了该研究系统地研究了不同单体组合和光引发剂含量的树脂预混料的固化性能。在此基础上,对含有8YSZ高固含量浆料的流变性能和稳定性进行了研究。研究人员使用固化性能好、分散性好、稳定性高的8YSZ浆料制备了具有独立气路的单片SOFC堆电解质支架。该研究的目标是通过优化8YSZ浆料,为SLA 3D打印在SOFC领域的应用奠定基础。

 

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221922002515

 

 

 

 研究简介 

 

这段话描述了氧化钇稳定氧化锆的光固化浆料在3D打印单体固体氧化物燃料电池堆方面的应用。该浆料由氧化锆、三甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和固化树脂组成,具有优异的固化性能和低粘度。经过稳定性试验,获得了高固含量、低粘度的光固化浆料。利用3D打印技术制备的单片固体氧化物燃料电池堆在850℃时有较高的峰值功率密度。该研究证明了3D打印技术在单片固体氧化物燃料电池堆制备方面的潜力。

 

 

图1 通过(a)传统的多步骤制造工艺和(b) 3D打印技术制备的SOFC堆。

 

 

 

图2 (a)光固化浆料制备流程图;(b) SLA 3D打印工艺示意图

 

 

 

图3 (a)不同HDDA/PONPGDA/IBOMA单体含量和2.5 wt% TPO光引发剂的树脂预混料的固化深度和(b)粘度;(c) HDDA/PONPGDA/IBOMA(质量比)为2:7:1、不同TPO光引发剂含量的树脂预混料的固化深度和(d)粘度。

 

 

 

图4 (a)不同PPTTA/HDDA单体含量和2.5 wt% TPO光引发剂的树脂预混料的固化深度和(b)粘度;(c) PPTTA/HDDA(质量比)为2:8、不同TPO光引发剂含量的树脂预混料的固化深度。

 

 

 

图5 (a)不同TMPTA/HDDA单体含量和2.5 wt% TPO光引发剂的树脂预混料的固化深度和(b)粘度;(c) TMPTA/HDDA(质量比)为1.5:8.5、TPO光引发剂含量不同时树脂预混料的固化深度;(d)含有PPTTA/HDDA(2:8质量比,1 wt% TPO), TMPTA/HDDA(1.5:8.5质量比,1 wt% TPO)和商用树脂的树脂预混料的固化深度。

 

 

 

图6 (a) 8YSZ浆体流变特性曲线和(b) 180天稳定性试验。

 

 

 

图7 8YSZ电解质的脱脂和烧结程序。

 

 

图8 (a) SLA 3D打印技术制备的SOFC堆用3管微管电解质支架的详细信息;(b) 1550℃烧结8YSZ的表面组织和(c)截面;(d)测试后SOFC叠层NiO=NiO-8YSZ||8YSZ| LSM-8YSZ=LSM的截面微观结构;(e&f)阴极/电解液界面及阴极微观结构;(g&h)阳极/电解液界面及阳极微观结构。

 

 

 

图9 (a) 3D打印和干压法制备的8YSZ的离子电导率Arrhenius图;(b) 3D打印技术制备的3管微管电解质支撑SOFC堆的I-V-P曲线和(c) EIS。

 

 

 研究结论 

 

本研究成功制备了适合SLA 3D打印技术的8YSZ浆料。该浆料的固化性能优异,含有1.5:8.5质量比的TMPTA/HDDA和1%光引发剂TPO,其预混料的粘度仅为2.1 mPa⋅s。在这种树脂的基础上,经过光固化的8YSZ浆料在30 s和1剪切速率下,固含量高达43 vol%,粘度仅为3.6 Pa⋅s。在180天的稳定性试验中,未观察到粉末沉降的迹象。用该浆液制备的单片SOFC堆电解质支架具有高精度和美观外观。SEM结果表明,采用8YSZ浆料制备的陶瓷体满足电解质负载SOFC堆的致密化要求。与传统干压法制备的8YSZ电解质相比,在850℃下,使用3D打印制备的8YSZ电解质的活化能和电导率相当。三管单片SOFC的开路电压为1.058 V,峰值功率密度为230 mW⋅cm²。综上所述,本研究结果为SLA 3D打印技术在SOFC堆中的应用提供了8YSZ光固化浆料的材料基础,加速了单片SOFC的3D打印制备,为单片SOFC堆的制备提供了一种新的方法。

 

——END——

 

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