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工艺过程对固体氧化物燃料电池材料力学性能的影响: 2012年; 固体氧化物燃料电池在生产过程中采用不同的加工手段,加工过程会产生一定的损伤,同时材料烧结过程产生比较大的残余应力,这些因素都会影响电池的使用寿命和完整性。本文通过实验测试,研究了不同加工过程对材料性能的影响,其中包括直接冲剪,激光切割以及切割后研磨等方法,并测试了这些加工手段对应的试件的强度。结果显示,直接冲剪法造成性能的分散性比较大,激光切割的性能较好,而研磨加工法对材料的性能影响最小;受残余应力或各层有效应力的作用,单层阳极材料的强度要高于双层电池结构材料的强度;利用弯曲法测试了半电池结构中的残余应力和不同薄膜对应的厚度残余应力,测试的结果和热弹性力学计算结果进行了对比。由于在高温时阳极材料有应力松弛现象,计算得出的残余应力高于实验测试结果。; 王峰会石海波; 关键词：固体氧化物燃料电池残余应力

球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法被引量：2: 2012年; 基于Hertz方程,修正了平头压痕薄膜系统的力学模型,建立了用于评估球头压痕确定薄膜弹性模量的等效膜厚法。采用有限元方法对模型进行计算分析,结果发现,当薄膜弹性模量大于基体时,计算误差小于Ranjana和William(RW)模型[1];当薄膜弹性模量小于基体时,对于较深的压痕计算得到的结果仍然和理论值相符,说明本模型可以用于比较深的压痕情况。另外,研究了薄膜屈服强度和球压头半径对计算结果的影响,结果显示,薄膜的压缩屈服强度越大,等效膜厚法得到的结果越准确;而在同一压痕深度下,较大的压头半径会带来较大的误差,当压痕深度较小时,薄膜的弹性模量受压头半径的影响较小。最后通过TiN/sapphire在球压头和三棱锥压头下的试验,验证了本方法。; 赵翔王峰会郭章新刘铁军黄建业石海波; 关键词：弹性模量

模拟环境下NiO-YSZ半电池还原过程分析被引量：1: 2014年; 研究了固体氧化物燃料半电池在800℃模拟环境下阳极支撑材料的还原过程,分析讨论了还原程度、微观组织以及电解质薄膜中残余应力等随还原时间的变化规律,得到了NiO-YSZ半电池还原程度随还原时间的完整变化曲线。能谱分析表明:氧元素质量分数随还原时间的增加而减少,最低值为13.24%;镍元素质量分数随还原时间的增加而不断增多,最高值为49.56%;X射线应力分析发现:在还原过程中,电解质薄膜中的残余应力随还原时间的增加而逐渐变小,当还原时间达到12 h后,薄膜中的残余压应力值为394.35 MPa,降低到还原前残余应力的48.54%;扫描电镜观察发现:还原结束后,阳极支撑材料的微观结构中孔隙率增大。; 王霞王峰会坚增运顾致平张凯; 关键词：固体氧化物燃料电池残余应力

阳极支撑氧化物半电池还原微观形貌研究被引量：3: 2012年; 固体氧化物燃料电池在使用中存在还原过程,微观形貌会发生变形.将半电池试样在管式炉中进行还原反应,通过SEM观察其微观形貌反应前后的变化,利用能谱测定反应前后的元素原子比重.研究结果表明:电解质氧化钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜表面形貌还原前后变化不大,表面平整光滑;截面形貌变化明显,还原后变为融合状态.阳极支撑NiO/YSZ截面颜色变化明显,还原后变为灰色的Ni/YSZ.YSZ陶瓷小颗粒状的出现,表面突出不平整,有明显的断裂解理台阶,层片状的NiO,表面光滑平整.还原反应使NiO相变成Ni相,不再与YSZ包覆在一起,独立的Ni相增多.; 王霞王峰会坚增运; 关键词：固体氧化物燃料电池

残余应力对固体氧化物燃料电池弹塑性性能的影响被引量：8: 2011年; 半电池结构NiO-YSZ/YSZ由于弹性模量不同和热膨胀系数不匹配,导致烧结过程中产生残余应力.残余应力对于燃料电池的性能和使用带来一定的影响,本文把残余应力引入到计算薄膜性能的逆向分析模型中,建立了考虑残余应力影响的薄膜的纳米压痕分析模型.利用纳米压痕方法测试了离双层材料界面不同距离处的载荷-位移曲线和相应的材料性能,用本文建立的模型计算了不同点的性能的变化,发现离界面越远,电解质YSZ薄膜的硬度越大.将热力分析得到的残余应力场作为压痕模拟的初始应力场,计算三棱锥压头下压痕载荷-位移曲线,结果显示考虑残余应力时的载荷-位移曲线更接近实验曲线,并给出了残余应力下压痕形貌图,发现有残余应力时的压痕形貌更深更大.; 赵翔王峰会王霞刘志强; 关键词：固体燃料电池残余应力纳米压痕屈服强度

基于应变测量平板燃料电池残余应力被引量：1: 2012年; 半电池结构NiO-YSZ/YSZ在烧结过程中,由于弹性模量的差异和热膨胀系数不匹配,导致残余应力的产生,发生弯曲变形。残余应力的产生对燃料电池的性能以及服役能力产生一定影响,本文利用形变恢复的方式,通过产生的应变测量平板燃料电池的残余应力,由于应变片的高精度,从而可保证测算平板燃料电池残余应力的准确性。实验结果表明,该平板燃料电池的残余应力主要存在于材料YSZ层,界面处的残余应力为拉应力;实验结果与热失配原理数值计算分析基本一致,从而证明了该方法的适用性。; 王绍明王峰会徐策陈平伟; 关键词：燃料电池残余应力

Elastoplastic Properties of Solid Oxide Fuel Cell Before and After Reduction: 2013年; Oliver Pharr method may overestimate the hardness because of the effect of pile up. In this paper, the mechanical properties of oxide fuel cell, such as hardness and elastic modulus, are determined by a work of indentation, then a reverse analysis algorithms is followed to analyze the yield strength. From the nanoindentation tests carried out for the half-cell structure of solid oxide fuel cells (SOFCs), the typical mechanical properties are derived by the work of indentation and the reverse analysis algorithms. Due to the differences of Young's modulus and the mismatch of thermal expansion coefficients in the half-cell structure (NiO-YSZ/YSZ), the residual stress, which has effects on the fuel cell's performance, is aroused during sintering. Numerical results show that the load-displacement curve is agreement with the experimental curve if the residual stress was considered.; Xiang ZHAOFenghui WANG; 关键词：弹塑性性能纳米压痕试验屈服强度

还原过程固体氧化物燃料电池材料性能的变化被引量：1: 2011年; 固体氧化物燃料电池在使用中存在还原过程,阳极材料还原相变导致电池材料性能和电池结构发生变形,因而需要对还原前后材料的一些性能进行研究。本实验通过对固体氧化物燃料电池半电池结构在还原前后进行测试,结果表明:还原使得半电池材料性能发生变化,电解质层残余应力减小,阳极材料变软;阳极材料还原后硬度值降低,这是和还原过程中NiO向Ni转化有关。本实验还观察到两个新的现象,阳极材料截面的硬度低于正面的硬度,扫描电镜照片显示阳极材料正面有一层硬层存在;电解质膜的硬度在还原前后也发生了变化,这种变化受两种因素影响,一种是阳极层还原后变软,由于电解质层较薄,软性的阳极层会影响到测试结果,同时在测试载荷较大时电解质层会产生裂纹,但在还原前的电解质层测试时是不产生裂纹的;另一种是电解质层中的残余应力变小,残余应力的变化影响硬度等性能的测试结果。; 王峰会鲁婷婷王霞; 关键词：压痕

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国家自然科学基金(10772146)

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