采用脈沖激光沉積(PLD)法，在多孔支撐的NiO-YSZ 陽極基底上制備YSZ電解質薄膜。利用XRD、SEM和射頻阻抗/ 材料分析儀對多層膜的物相結構、表面形貌以及電學特性等進行表征。實驗結果發現，YSZ 電解質薄膜在300-500℃之間，其電導活化能最小值為0.86eV，電導率可達到7.96×10^-5 s/cm。

　　固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效清潔的能源轉化裝置，由于其高效、低污染等諸多方面的優點正日益受到廣泛重視。決定SOFC 性能的最主要因素是電解質材料離子電導率的大小，目前在SOFC 中應用最普遍和最成功的是釔穩定氧化鋯(YSZ)電解質。YSZ 在高溫下(≥900℃)具有良好的離子電導性能和化學穩定性，因此SOFC 須在高溫(900-1000℃)下運行。如此高的工作溫度，導致電極材料的選擇范圍受到了限制，并且大大降低了SOFC 的使用壽命和電池材料長期運行的穩定性。如果將電池的工作溫度降至600-800℃(所謂中溫)，或者300-500℃(低溫)，甚至室溫，就可避免電池組件間的相互作用及電極的燒結退化，延長電池壽命，提高電池的效率和降低生產成本。尋找在較低溫度下具有足夠高的離子電導率的電解質是目前SOFC 領域研究的重要課題。

　　近年來，研究的主要方向是采用薄膜技術來降低SOFC 的電解質的工作溫度，在500-700℃的中溫范圍內有較大的成果。電解質的薄膜化也能最大限度地減少歐姆損耗和降低燃料電池的工作溫度。Bailly 等人通過靜電噴涂沉積法獲得的500nm 厚的YSZ 薄膜電解質，其電導率低于體材料的電導率，Garbayo 等人研究了YSZ 薄膜電解質與無支撐結構的YSZ 厚膜相比，其電導率增加了一個數量級。

　　本文中，在多孔的NiO-YSZ 陽極支撐襯底上制備厚度為600nm-1μm 的YSZ 電解質薄膜，真空技術網(http://shengya888.com/)認為這是一種盡可能實現固體氧化物燃料電池在低溫(300℃-500℃) 條件下工作的導電薄膜模型。發現在300℃-500℃低溫范圍內，YSZ 薄膜具有相對較大的電導率。

1、實驗

　　將NiO 粉末，YSZ 粉末和淀粉按照5:5:2 wt.%的比例混合，用球磨機研磨48h 后，利用研缽手磨2h，使三種粉末混合均勻。稱取若干份納米尺寸的粉末，每份0.25g，置于直徑為13mm 的磨具中，利用粉末壓片機在481 MPa 的表觀壓強下壓制成直徑為10mm，厚度為0.5mm 的圓片。圓片在1400 ℃的高溫爐中燒結4h 使其致密化，升降溫速率為3℃/min。這樣得到綠色的NiO–YSZ 陽極支撐。

　　采用中科院沈陽科學儀器廠生產的PLD-450型脈沖激光濺射儀，腔室內裝有四個獨立靶位，激光器為美國相干公司(Coherent Inc.) 生產的COMPexPro201 型脈沖準分子激光器，濺射靶材采用高純YSZ 靶材(純度99.999%)。將YSZ 靶材和NiO–YSZ 陽極襯底固定在相應的樣品架上，襯底和YSZ 靶材的距離為5cm，襯底溫度設定在300-600℃，氧分壓設定為5Pa，激光器工作模式為恒壓26kV， 激光能量在650-690mJ， 頻率為10Hz，通過調節激光的能量以及脈沖次數來控制薄膜的厚度至600nm-1μm。為討論問題方便起見，分別將不同沉積溫度的樣品編號如表1。

表1 不同沉積溫度的樣品編號

2、結論

　　通過采用脈沖激光沉積法在多孔的NiO-YSZ 陽極基板上成功地沉積了致密的8YSZ薄膜，并對其物相、表面形貌及電學性能進行測試分析得出了以下結論：

　　(1) 使用PLD 技術可以在多孔的NiO-YSZ陽極基板上能夠沉積厚度大約為1μm 的致密的薄膜。襯底溫度為500℃時，薄膜具有最佳的結晶度。該薄膜具有較大的等軸晶粒尺寸，同時薄膜具有良好的結晶度，很好得附著在NiO-YSZ 陽極基底上。

　　(2)X- 射線衍射和電子顯微鏡結果表明，利用激光濺射沉積的YSZ 薄膜在(111)晶向上是擇優生長。

　　(3)電學性能測試結果表明，在較高的溫度下，測定樣品所獲得激活能為1.09eV。在低溫下，獲得的沉積在NiO-YSZ 基底的YSZ 薄膜激活能為0.86eV。在低溫條件下測試得到的電導率比YSZ 體材料的電導率增強兩個數量級。