超声喷涂机喷涂SOFC
超声喷涂机喷涂SOFC – 阴极涂层制备 – 电解质薄膜沉积 – 阳极功能层 – 驰飞超声
超声喷涂机在SOFC制造中能实现纳米至微米级超薄、高均匀涂层，显著提升材料利用率(85-95%)与量产一致性，已在阴极浸渍、电解质薄膜、多功能复合层等环节取得应用与验证。
一、SOFC与超声喷涂概述
固体氧化物燃料电池SOFC
– 第三代燃料电池，全固态结构，在600-1000°C高温下将化学能直接转化为电能
– 核心组件：阳极(Ni-YSZ)、电解质(YSZ/LSGM)、阴极(LSCF/LSM)
– 优势：高效率(>60%)、燃料多样、零污染、寿命长
超声喷涂原理
– 高频超声波振动(25-200kHz)将液体雾化成5-50μm均匀液滴
– 雾化后通过低压载气输送并精确沉积在基底上
– 非接触式喷涂，通过参数调控实现纳米至微米级涂层厚度
二、超声喷涂在SOFC中的应用
1、阴极涂层制备
– 催化剂喷涂：单步超声喷涂实现6-8wt%催化剂负载(传统需4次以上)
– 材料：LSCF、LSCo、PSCo等钙钛矿氧化物
– 案例：120kHz频率，单步喷涂LSCo至LSCF阴极，800°C下功率密度达0.88W/cm²
2、电解质薄膜沉积
– 致密电解质：LSGM、YSZ等，厚度5-20μm
– 优势：涂层均匀性>95%，针孔率低，显著降低离子传导阻力
– 案例：超声喷涂Gd-Yb-Bi-Ce-O(GYBC)缓冲层，800°C输出功率达2.32W/cm²
3、阳极功能层
– NiO-YSZ复合阳极：超声喷涂热解法制备，颗粒分散均匀、孔隙率高
– 纳米结构优化：提高燃料接触面积与抗积碳性能
4、其他应用
– 连接体涂层：涂覆Mn基氧化物提高抗氧化性
– 阻挡层：涂覆Ce基氧化物防止元素互扩散
三、超声喷涂对比传统工艺的优势
涂层质量：均匀度>95%，厚度误差<5%，降低局部电流密度不均，提高稳定性。
材料效率：利用率85-95%，传统仅20-30%，节约80%+贵金属催化剂成本。
精密控制：厚度20nm-数十μm连续可调，实现超薄电解质，降低欧姆损耗。
工艺简化：单步完成，减少50%+工序，缩短制造周期，降低设备投入。
能耗降低：比CVD/溅射低30-50%，降低生产能耗与成本。
典型工艺步骤
1. 浆料制备：将金属盐/氧化物(如硝酸镧、硝酸锶、硝酸钴等)溶解/分散于溶剂(水/醇类)，添加螯合剂(如柠檬酸)与表面活性剂(如Triton X-100)
2. 基底预处理：
– 阳极/阴极支撑体脱脂、热处理
– 表面等离子体处理提高亲水性
3. 超声喷涂：
– 喷头以5-20cm/s速度扫描，层间干燥/热处理(通常400-600°C)
– 总厚度通过喷涂次数精确控制
4. 后处理：高温烧结(850-1000°C)，形成致密/多孔功能层
总结
超声喷涂以其高精度、高均匀性、高材料利用率等优势，已成为SOFC制造中最具潜力的涂层技术之一。它不仅能显著提升电池性能与稳定性，还能降低材料与制造成本，加速SOFC的商业化进程。
– 适合的应用场景：高性能SOFC单电池、大面积/规模化生产、超薄电解质与精密功能层制备。
– 下一步建议：开展小批量试产，针对具体材料体系优化超声频率、浆料配方与烧结工艺，充分释放该技术在SOFC中的潜力。
关于驰飞
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杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。
