固体燃料电池SOFC

等离子喷涂工艺制备固体燃料电池的关键部件“三合一电极”能够形成多孔电极和致密的电解质，且生产周期短，从而降低了生产成本，成为当今制造三合一电极的主流技术。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料气体的化学能直接转换为电能的发电装置.它具有能量转换率高,比能量高,效率高,无污染,原料可以连续供给,全固态结构等特点,是目前发展最快的能源技术之一。等离子喷涂工艺制备固体燃料电池的关键部件“三合一电极”能够形成多孔电极和致密的电解质，且生产周期短，从而降低了生产成本，成为当今制造三合一电极的主流技术。

固体氧化物燃料电池因其能源转换效率高（50 %～65 %）、电池系统可靠性较高、对燃料杂质有较强的耐受力和环保等优点而越来越为人们所青睐。SOFC 一般在 600～1000 ℃的环境下运行，这种高温条件对材料性能的要求非常苛刻，如抗高温侵蚀、高温机械性能等。因此，SOFC 系统的电解质、电极和连接元件一般采用陶瓷氧化物。

目前，人们已经采用多种方法制备了单电极元件或电池，这些方法包括化学气相沉积、电化学气相沉积、溶胶凝胶、溅射和低温液体喷涂热解法等。它们都有各自的优点，但一般来说，制备效率低，工艺不太稳定和制备成本高。随着固体氧化物燃料电池的发展，电池堆的功率逐渐增大，电池元件的需求也随之增加，大规模地制备性能优异的电池元件或电池组件非常关键。人们把稳定和大规模地制备这些功能元件或组件地方法转向了等离子喷涂技术。

等离子喷涂是快速获得氧化物陶瓷涂层的常用方法，随着等离子热喷涂技术的不断发展，已经开发出了大气等离子喷涂（APS）、低压等离子喷涂（LPPS）等。特别是近年来随着纳米涂层研究和开发技术的发展，开发出高能等离子喷涂、以液体前驱体和粒子悬浮液为送粉方式的等离子喷涂。这些技术的开发也推动了等离子喷涂在制备 SOFC 功能元件或组件上的应用。经过多年等离子喷涂技术的发展，人们对采用等离子喷涂制备 SOFC 电池元件或组件进行了许多尝试，并进行了各种的电化学性能测试。

与其它涂层制备方法相比，等离子喷涂效率高，工艺稳定和成本低。人们已经研究和制备了SOFC 的主要构成：电解质、阳极和阴极，这为在同一台设备上完成半电池或者整个电池的制备提供了可能。即只需要换粉末和改变工艺参数，就可以得到所需结构的电解质、阴极和阳极涂层。德国航天研究中心（DLR）在这方面致力研究，根据设计，等离子喷涂得到的电解质厚度 30 μm，阴极和阳极厚度均为 30~50 μm，电池总厚度低于 100~120 μm，大大降低了电阻损失，可以将固体氧化物燃料电池的运行温度降低到 800 ℃下。

随着固体氧化物燃料电池堆功率的提高，电池元件的数量也大大增加，高效率、低成本制备这些元件非常重要。采用一定的工艺，等离子喷涂技术为大规模制备符合要求的固体氧化物燃料电池的元件或组件提供了可能。