郭鹏飞 关 勇 刘 刚 田扬超



基于纳米CT技术研究运行后Ni-YSZ阳极三维微结构变化

郭鹏飞 关 勇 刘 刚 田扬超

（中国科学技术大学 国家同步辐射实验室 合肥 230029）

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)阳极不仅提供了电化学反应的三相界面(Three-phase boundary, TPB)区域，而且在物质传输、扩散和燃料电池反应中不同物质之间的隔离起到积极作用。在运行期间，电极微结构发生变化。对SOFC阳极微结构演变的研究能够帮助我们理解长期运行的SOFC性能损失的原因。近年来不断发展的X射线纳米CT (Computed Tomography)技术使得可以无损地获得测试前后的阳极三维微结构。本文利用硬X射线纳米CT技术对Ni-YSZ复合阳极进行了三维重建，并采用自主开发的一些定量分析方法来获得阳极微结构的关键参数，如颗粒尺寸、每种相的体积分数和连通率等。发现在电池测试后，Ni颗粒尺寸增大，与之相对是由于Ni颗粒的聚集导致Ni相的连通性和三相界面长度明显下降。结果表明，在电池测试过程，Ni颗粒发生了团聚，电极微结构发生了改变，进而导致SOFC性能损失。阳极结构的数据表明，X射线纳米CT技术能够作为一个强力工具研究能源材料的微结构，为阳极结构优化提供重要参考数据。

X射线成像，复合阳极，三维结构，连通性

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种将燃料的化学能直接转化为电能的能源装置，它具有能量转化率高、稳定性好、燃料气体种类广泛和环境友好等优点[1]。SOFC阳极一般采用由金属Ni和氧离子导体材料氧化钇稳定氧化锆(Yttria-stabilized zirconia, YSZ)构成的复合多孔介质。……