摘 要：大气等离子喷涂由于能够快速制备具有可控微结构的功能涂层，在固体氧化物燃料电池(SOFCs)制造中具有广阔的应用前景。该技术使得低温运行(500～700℃)的SOFCs可通过在耐用低成本金属支撑体上直接喷涂得以制备。不过，目前商业应用的SOFCs所使用的标准阴极材料在较低运行温度下具有很高的极化电阻，因此，开发可替代的高性能低温阴极材料是推动金属支撑体应用的关键。在不锈钢基材上通过轴向注入大气等离子喷涂方法制备了镧锶钴铁氧化物(LSCF)涂层，并对涂层的厚度和微观结构进行了表征，同时采用x射线衍射(XRD)方法分析了等离子喷涂过程中涂层材料的分解和杂质相的产生。根据这些结果确定了能够制各LSCF涂层的等离子喷涂参数，以及可用于喷涂复合阴极涂层的条件范围。
关键词：等离子喷涂；固体氧化物燃料电池；大气等离子喷涂；阴极材料
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是利用电化学原理将燃料高效转化为电能和热能的一种设备。由于SOFCs能够大幅减少燃料消耗并明显降低温室气体和污染物的排放，因此该设备非常适于替代现有的热机而成为向建筑物提供电能和热能的热电联产单元。然而SOFCs的高昂制备成本是限制其广泛应用的主要障碍。SOFCs传统上是采用流延成型或丝网印刷等湿法陶瓷技术制备的，这些过程需要耗时多天以完成阴极、电解液和阳极涂层的涂覆、干化和烧结，而且由于电解液的烧结需在高温下进行(一般为1400℃或含烧结助剂时1000℃)，因此难以制备金属支撑型电池。而采用等离子喷涂代替湿法陶瓷技术则能够显著降低制备成本，因为利用大气等离子喷涂(APS)技术，不仅能使电池仅需耗费较短时间即可实现对常规设备的制造和维修，而且还能在低廉的金属支撑体上进行制备，因此采用该技术制备的SOFCs成本很可能会更低。
目前，利用等离子喷涂制备的SOFCs多数采用镧锶锰氧化物(LSM)作为阴极材料，研究人员已经通过设计LSM和氧化钇稳定氧化锆(YSz)的复合电极的方法降低了中温运行(700～850℃)的等离子喷涂阴极的极化电阻。然而，虽然这种复合阴极比纯LSM阴极的极化电阻(如)低，但为了进一步增强750℃以下低温运行环境中阴极的低温性能，仍需获取更低的心。因此，能够在低温下运行、不易退化、并能采用非昂贵材料作为支撑体的高性能阴极成为急需。
镧锶钴铁氧化物(LSCF)由于在低温下具有很高的离子和电子混合导电性因此已经作为一种低温SOFC阴极材料被广泛研究。文献表明，纯LSCF阴极具有比目前最新研制的LSM．YSZ复合阴极更低的极化电阻。另外，这种阴极的极化电阻可以通过LSCF与离子导体的复合得以进一步降低，比如与氧化钆或氧化钐掺杂的氧化铈(GDC或SDC)复合的LSCF已经被研究，结果表明，依据具体的制备过程和燃料电池的运行温度，最佳的氧化铈含量为30％～50％。而相关的大多数研究中，所使用的阴极均是采用湿法陶瓷技术制备的。虽然LSCF阴极的湿法陶瓷制备过程已得到充分的完善优化，但等离子喷涂制备LSCF涂层却鲜见研究，而LSCF．SDC复合阴极亦未曾采用此法进行过制备。其中等离子喷涂复合阴极难点在于确定出涂层制备的过程参数，特别是材料中的萤石结构离子导体需要高能等离子进行熔化，而LSCF却极易在高能等离子中产生分解。
本研究确定出了一套制备无分解LSCF涂层的等离子喷涂条件。其中，认识到LSCF在喷涂过程参数方面的受限是非常重要的，以此为基础，LSCF—SDC复合阴极也可以被制备出来。如果进料是LSCF和SDC的混合粉，那么为了使SDC的沉积率最大，喷枪的设定应采用LSCF喷涂参数的上限。
参考文献略
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