The invention belongs to the technical field of solid oxide fuel cell stack, and in particular relates to a method for preparing a solid oxide fuel cell stack with connectionless cathode support by 3D printing. A three-dimensional channel honeycomb cathode support substrate was prepared by 3D printing using a mixture of cathode ceramic powder and photosensitive resin as raw materials, and a cathode-supported solid oxide fuel cell (SOFC) was obtained by impregnation method. The butt-joint seal was effectively contacted by cathode anode cathode, and a connectionless cathode support was formed after series connection. Solid oxide fuel cell stack. The invention does not need to find a suitable matching connector material, and avoids stripping or even cracking of each material due to the mismatch of thermal expansion coefficient of each material during the thermal cycle of the battery stack, resulting in poor stability of the battery stack and serious degradation of electrical performance; it is not only conducive to reducing the space of the battery stack, but also improves the unit volume. The power density ensures the high electrical performance and long-term stability of the battery stack.
【技术实现步骤摘要】
3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法
本专利技术属于固体氧化物燃料电池堆
,具体涉及一种3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法。
技术介绍
随着全球经济总量的不断提高,传统的燃烧化石燃料提供动力的方式给环境造成了巨大的压力,而固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以避开燃烧过程、不受卡诺循环限制而直接把燃料内的化学能转化为电能的设备,与燃气轮机联合发电,发电效率高达70%,且余热质量高,若再合理利用余热,其热效率可达80%以上。SOFC具有高效率和低排放的优势,属于与环境兼容的新能源技术。SOFC根据结构设计可分为自支撑结构和外支撑结构。自支撑可分为阴极支撑、电解质支撑和阳极支撑结构。高温SOFC多采用电解质支撑,而中低温SOFC更倾向于电解质薄膜化,采用阳极或阴极支撑结构。SOFC按装置形状可分为平板状和管式、微管式三种类型,平板式SOFC的优点是电池结构及制备工艺简单,成本低;电流通过连接体的路径短,电池输出功率密度较高,性能好;但其髙温无机密封较困难,导致热循环性能较差,影响平板式SOFC的长期工作稳定性。管式和微管式SOFC相对于平板式SOFC的最大优势是单管组装简单,无需高温密封,可依赖自身结构分隔燃料气和氧化气在管的内外,且易于以串联或并联的方式将各单管电池组装成大规模的燃料电池系统,在机械应力和热应力方面也比较稳定。一般SOFC单电池在工作时电压仅有0.7V左右,而电流可达数安培,所以在实际应用中需将多个单电池进行串并联组成电池堆以提高输出电压和输出功率。传统的平板式SOFC堆单元由阳极、电解质、阴极形 ...
【技术保护点】
1.一种3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于:以阴极陶瓷粉体与光敏树脂的混合浆料为原料,利用3D打印制备立体通道蜂窝型阴极支撑基体;采用浸渍法得到阴极支撑固体氧化物燃料电池,按阴极‑阳极‑阴极的方式有效接触对接密封,串联后形成无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆。
【技术特征摘要】
1.一种3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于:以阴极陶瓷粉体与光敏树脂的混合浆料为原料,利用3D打印制备立体通道蜂窝型阴极支撑基体;采用浸渍法得到阴极支撑固体氧化物燃料电池,按阴极-阳极-阴极的方式有效接触对接密封,串联后形成无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆。2.根据权利要求1所述的3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于包括以下步骤:(1)将阴极陶瓷粉体与光敏树脂混合浆料作为原料,使用3D绘图软件设计电池堆几何构型,通过3D打印软件切片分层,利用3D打印机分层打印,一步成型制备立体通道蜂窝型阴极支撑基体素胚;(2)素胚经脱脂、烧结获得立体通道蜂窝型阴极支撑基体;(3)采用浸渍法,在立体通道蜂窝型阴极支撑基体上依次沉积电解质层、阳极层,得到阴极支撑固体氧化物燃料电池;(4)将多块阴极支撑固体氧化物燃料电池按阴极-阳极-阴极的方式有效接触对接密封,实现多块阴极支撑固体氧化物燃料电池串联,形成无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆。3.根据权利要求2所述的3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于:所述的阴极陶瓷粉体与光敏树脂的质量百分比为70:21-30。4.根据权利要求2所述的3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于:(1)所述的阴极陶瓷粉体所用的材料为结构为ABO3-δ的掺杂的钙钛矿型陶瓷、结构为A2B2O5+δ的双钙钛矿型陶瓷、结构为A2BO4+δ的R-P型类钙钛矿型陶瓷或超导材料中的一种或多种;其中:A为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钙、锶或钡中的一种或多种;B为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、铝、钇、锆、铌、钼、铪、钽、钨或铼中的一种或多种;δ为氧缺位数;所述的超导材料包括YSr2Cu2MO7+δ、YBaCo3ZnO7-δ和Ca3Co4O9-δ;其中,M为铁或钴;δ为氧缺位数;(2)所述的电解质层所用的材料为氧化锆基氧化物、氧化铈基氧化物、氧化铋基氧化物、镓酸镧基氧化物、ABO3钙钛矿型结构电解质或通式为Ln10(MO4)6O2的磷灰石型电解质中的一种或多种;氧化锆基氧化物、氧化铈基氧化物、氧化铋基氧化物的结构为XaY1-aO2-δ;其中,X为钙、钇、钪、钐、钆或镨金属元素中的一种或多种;Y为锆、铈或铋金属元素中的一种或多种;δ为氧缺位数,0≤a≤1;(3)所述的阳极层所用的材料为导电陶瓷材料或混合导体氧化物材料中的一种或多种;导电陶瓷材料为Ni基金属陶瓷材料、Ag基复合阳极材料或Cu基金属陶瓷阳极材料;混合导体氧化物材料为LaCrO3基系列、SrTiO3基系列或Sr2MgMoO3基系列氧化物材料;且阳极层与电解质层所用的材料种类相同;阴极陶瓷粉体、电解质层、阳极层所用材料的粒度均为0.02-10μm。5.根据权利要求2所述的3D打印制备无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆的方法,其特征在于:无连接体阴极支撑固体氧化物燃料电池堆由多块阴极支撑固体氧化物燃料电池按阴极-阳极-阴极的方式有效接触对接密封串联形成;每块电池包括相互平行排列的多组陶瓷微管(9),陶瓷微管(9)内形成管内流体通道(6),每组陶瓷微管(9)均设置在各自...
【专利技术属性】
技术研发人员:张津津,魏鲁阳,杨乃涛,于方永,孟波,孟秀霞,刘少敏,
申请(专利权)人:山东理工大学,
类型:发明
国别省市:山东,37
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