超声喷涂技术在SOFC制备中的应用
超声喷涂技术在SOFC制备中的应用 – 阳极涂层制备 – 驰飞超声波
超声喷涂技术作为一种新型薄膜制备工艺，在SOFC电解质、电极层的制备中展现出显著优势，为SOFC薄膜制备提供了新的技术路径。该技术基于超声波的雾化作用，将制备好的浆料转化为微小且均匀的液滴，再通过载气将液滴精准输送至基板表面，经干燥、烧结等后续处理形成致密均匀的薄膜。
1. 超声喷涂的核心工作原理
超声喷涂系统主要由超声波雾化器、送液装置、载气系统及基板加热装置组成。工作时，超声波发生器产生高频振动，通过换能器将振动传递至雾化头的浆料中，使浆料表面形成微小的液滴雾团；同时送液装置精准控制浆料的供给速率，载气则将雾化后的液滴定向吹送至预先加热的基板表面；液滴在基板上快速铺展并完成溶剂蒸发，最终形成连续的薄膜涂层，后续经排胶、烧结即可获得性能稳定的SOFC功能层。
2. 超声喷涂在SOFC制备中的技术优势
相较于传统流延成型工艺，超声喷涂技术在SOFC制备中具有多方面独特优势：其一，薄膜厚度控制精度更高，可通过调节超声功率、送液速率、载气流量及喷涂距离等参数，将薄膜厚度精准控制在纳米至微米级，能更好地满足SOFC电解质层超薄化的需求；其二，涂层均匀性优异，超声波雾化形成的液滴尺寸均一，结合载气的均匀输送，可有效避免流延成型中易出现的边缘厚、中间薄等缺陷，尤其适用于大面积SOFC组件的制备；其三，工艺灵活性强，不仅可制备平面薄膜，还能适配曲面、管状等复杂形状的基板，满足不同结构SOFC的制备需求，同时可实现多层薄膜的连续喷涂，简化电极-电解质界面的制备流程；其四，材料利用率高，雾化后的液滴定向沉积，减少了浆料的浪费，降低了制备成本，且工艺过程中溶剂挥发量易于控制，对环境更友好。
3. 超声喷涂在SOFC中的主要应用场景
目前超声喷涂技术已在SOFC的多个功能层制备中得到应用：在电解质层制备方面，可通过该技术制备超薄YSZ电解质薄膜，其致密性与离子电导率均能达到SOFC的使用要求，且有效降低了欧姆极化损耗；在电极层制备中，超声喷涂可实现电极材料与电解质材料的精准复合，提升电极与电解质界面的结合强度，减少界面阻抗，从而提升电池的输出性能；此外，该技术还可用于SOFC功能梯度层的制备，通过渐变调节浆料成分，实现不同功能层之间的平滑过渡，进一步优化电池的结构稳定性与电化学性能。
4. 超声喷涂技术的现存挑战与发展方向
尽管超声喷涂技术优势显著，但在SOFC大规模制备中仍面临一些挑战：如高固含量浆料的雾化难度较大，易导致雾化头堵塞；长时间连续喷涂过程中，参数稳定性控制要求较高，需建立精准的工艺控制体系。未来该技术的发展方向主要集中在三个方面：一是开发适配高固含量、高粘度SOFC浆料的专用雾化装置，提升工艺适用性；二是结合自动化控制系统，实现喷涂参数的实时监测与精准调控，保障大规模生产中的产品一致性；三是探索超声喷涂与流延成型等工艺的复合应用，充分发挥各工艺优势，进一步优化SOFC的制备流程与性能。
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