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

　　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

　　超声喷涂机喷涂SOFC-阴极涂层制备-电解质薄膜沉积-超声

　　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

　　中型超声波喷涂机

　　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TritonX-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。

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