在固体氧化物燃料电池（SOFC）和固体氧化物电解池（SOEC）技术领域，NiO-3YSZ管状阳极支架是一种集结构支撑与电化学功能于一体的核心部件。它同时扮演着两个关键角色：作为电池的“骨架”，为致密的电解质层和多孔的阴极层提供机械支撑；作为阳极，在还原后成为燃料电化学氧化的活性位点。
其中，“3YSZ”代表以3 mol%氧化钇(Y₂O₃)稳定的氧化锆(ZrO₂)。与更常见的8YSZ相比，3YSZ含有更少的稳定剂，使氧化锆以四方相为主，赋予了材料更高的断裂韧性和机械强度。这种独特的相组成，使NiO-3YSZ在对机械强度有严格要求的管式电池构型中脱颖而出。
NiO-3YSZ管状阳极支架通常采用中空多通道结构设计，通过挤出成型或相转化法等工艺制备，能够在保证气体均匀分布的同时，提供足够的机械支撑。经过十余年的研究积累，该材料体系在机械强度与电化学性能之间取得了良好的平衡，已成为管式固体氧化物电池最具竞争力的阳极支撑方案之一。
然而，该体系也存在需要关注的挑战——含四方相氧化锆的组件在低温（100-400℃）水热环境中存在低温退化风险，即四方相向单斜相的自发相变可能导致微裂纹产生。通过在材料中添加少量氧化铝(Al₂O₃)或严格控制操作环境中的水分，可有效抑制这一退化现象。
结构
结构层次 | 特征描述 | 关键技术指标 |
宏观构型 | 中空管状结构，管壁内部沿轴向设置多个贯通通道 | 管径通常为2-10 mm（微管）或更大；通道数量根据设计而定 |
管壁结构 | 梯度孔结构，内外表面较致密，内部多孔 | 孔隙率：30-50%（可通过造孔剂调控） |
微观孔形 | 指状孔或海绵状孔（取决于制备工艺） | 孔径范围：0.5-5 μm（功能层）至10-50 μm（支撑体） |
材料组成 | NiO与3YSZ复合 | 质量比：NiO:3YSZ ≈ 1:0.75~1.25 |
相组成（烧结态） | NiO相 + 四方相ZrO₂（t-ZrO₂） | 四方相含量 > 90% |
相组成（还原后） | Ni相 + 四方相ZrO₂ | Ni晶粒尺寸：0.5-1 μm |
制备工艺 | 挤出成型 / 相转化法 / 热塑性挤出 | 烧结温度：1200-1400℃ |
电解质结合方式 | 与YSZ电解质共烧结或分步烧结 | 电解质厚度：10-20 μm（阳极支撑型） |
采用相转化法制备时，管壁从外到内呈现明显的梯度结构：
内外表层：致密层（孔隙率<10%），为电解质沉积提供光滑基面
次表层：指状大孔（孔径20-50 μm），为气体快速扩散提供通路
芯层：海绵状小孔（孔径1-5 μm），提供充分的反应三相界面
采用挤出成型法制备时，孔结构则相对均匀，主要通过石墨、淀粉等造孔剂调控孔隙率。研究表明，石墨是最优的造孔剂，可获得最均匀的孔分布和最佳电池性能。
二面体（上海）科技有限公司提供固态燃料氧化物电池（SOFC）的管状阳极支撑管定制，可按客户不同需求设计定制。
