表10.2显示了东陶公司微管电池的材料及制造工艺。由NiO/(ZrO₂)_0.9(Y₂O₃)0.1(NiO/YSZ)构成的阳极基管通过挤压成型形成，随后通过浆料涂层和共退火将阳极阻挡层和电解质涂在阳极基底上，这些工艺使我们明显降低了SOFC的成本，将NiO/(Ce_0.9Gd_0.1)O_1.95(NiO/GDC10)阳极阻挡层插于基底和电解质之间以提高较低温度下阳极的性能。选择La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_2.8(LSGM)为电解质材料，该电解质材料正被当作中温工作SOFC用的极具前景的材料^［4-5］。对于阴极材料，通过浆料涂层将(La_0.6Sr_0.4)(Co_0.8Fe_0.2)O₃(LSCF)涂在LSGM层上，然后退火，为了防止共退火期间从阳极到LSGM不期望的镍扩散，在电池制造中重要的一点是在LSGM层和NiO/GDC10层之间插入密实的(Ce_0.6La_0.4)O_1.8(LDC40)层^［6］。但是，LDC40是一种具有非常低的烧结性质的材料，以致使LDC40层密实是困难的。因此，我们研究了提高LDC40粉体烧结的不同添加剂，结果发现添加少量氧化镓(Ga₂O₃)到LDC40中对于在低于1300℃的烧结温度下获得完全密实的LDC40层是有效的(见图10.2)，而且它还改善了LDC40本身的热导性。

表10.2 微管电池的材料和制造工艺

图10.2 添加少量Ga₂O₃到LDC40中的效果

由微管电池截面的电子探针显微分析器(EPMA)观察可见，可以通过引入LDC40层避免阳极与LSGM层之间的反应，在LSGM层和LDC40层之间没有明显的元素扩散，此外研究还发现LDC40因其不与LSGM反应作为LSGM层和阳极之间的插层是一种很好的材料。图10.3为混合物在1400℃下热处理后由X射线衍射(XRD)方法辨别出的晶相，其通过均匀混合等量的LSGM粉体和含铈氧化物粉体获得。对于LDC40，基质中没有发现其他的相，然而对于GDC10，发现了大量的反应生成相SrLaGa₃O₇。反应生成相SrLaGa₃O₇具有很高的电阻，显示了当这些反应生成相在LSGM层和含铈层之间出现时，会降低电源的发电能力。

图10.4为微管单电池的图片。电池的直径为5mm，有效长度为50mm。用钎缝的银金属连接单电池与电流收集帽，在炉子里对其性能进行测试。图10.5显示了单电池性能的评价方法，燃料气提供给电池里面，空气提供给电池外面，使用稳压器和频率响应分析仪在500～700℃的温度范围内测试单电池的电流、电压和阻抗。

图10.6显示了使用N₂中干燥H₂作为燃料的微管单电池的典型I-V曲线。H₂流速固定为0.12L/min，开路电压(OCV)接近理论值，结果显示电解质具有良好的气密性，LSGM和Ni之间的化学反应可通过含Ga₂O₃的LDC40层有效避免(如果LDC40不含Ga₂O₃，开路电压为0.85V)。在700℃、600℃和500℃下，我们获得的最大功率密度分别为0.85W/cm²、0.70W/cm²和0.24W/cm²。图10.7显示了不同温度、0.125A/cm²下测定的微管电池的阻抗谱，一般可以认为在最高频率处实轴的截距代表欧姆电阻，低频弧的宽度代表电极电阻，电极电阻随工作温度的降低明显增加，500℃下的欧姆阻抗非常高，高阻抗最有可能的原因是LDC40低的离子电导性。因此认为优化阳极电极和LDC40层厚度可改善电池性能。图10.8显示了燃料利用率对700℃和600℃、0.125A/cm²下测试的

图10.3 1400℃退火后包含LSGM和含铈氧化物的粉末混合物的XRD谱图

(www.daowen.com)

图10.4 东陶公司微管电池

图10.5 单电池性能的评价方法

微管电池性能的影响，测得的电池电压接近能斯特方程计算的理论值，显示了微管电池能在高频下工作。

图10.6 微管单电池的I-V特性

图10.7 微管电池的阻抗

图10.8 燃料利用率对微管电池性能的影响