Abstract
本研究使用刮刀製程，製備電解質 YSZ[(ZrO2)0.92(Y2O3)0.08] 與陽極NiO/YSZ 試片，再利用熱壓法將其疊合。疊合試片於1200℃至1500℃之間共燒；藉由成分的改變，及製程參數的調整，再控制疊合共燒時之燒結條件，可得到厚度25um緻密的電解質YSZ層及孔隙度約25％而厚度約700um的陽極NiO/YSZ層平整之疊層結構。經共燒後之平整試片再於700℃氫氣氣氛下作NiO還原成Ni之處理。另外，經共燒後之平整試片再於電解質那面網印上厚度約25um之陰極LSM層，於1100℃至1300℃之間燒結處理，藉由成分的改變，及製程參數的調整可得到孔隙度約40％而厚度約25um的陰極LSM層；如此即可得到完整之SOFC單電池結構。實驗結果發現，NiO/YSZ和YSZ其在相同的粒徑下，NiO/YSZ會先收縮且收縮量也較大，因此造成試片翹曲或剝離。因此，在NiO/YSZ中使用較大粒徑之YSZ及調整燒結溫度、時間，便可使其收縮量相同。而加厚NiO/YSZ則可以有效抑制界面應力，使試片不翹曲。YSZ燒結約在1350℃後其密度達到94﹪以上，而控制發泡劑starch的含量可以調整NiO/YSZ的孔隙度，且幾乎不會影響燒結收縮。NiO/YSZ試片在NiO完全還原成Ni後，其孔隙度會增加10~20﹪，且由SEM圖中可看出會產生微裂紋，使的強度大大的降低；因此加大NiO/YSZ的厚度，使之具有足夠的支撐強度。而陰極LSM於1250℃下即可與電解質燒結吸附在一起，且藉由發泡劑starch的添加可控制其孔隙度達到40%，而網印1層厚度約10um，藉由網印3層來達到約30um。如此即可得到所要求之SOFC單電池結構。