一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法技术

一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法，本发明专利技术涉及固体氧化物燃料电池阳极的制备方法，它为了解决目前浆料涂覆法制备SOFC厚阳极中出现的阳极开裂、脱落的问题。制备方法：一、电解质粉体压制成坯体，烧结得到电解质支撑体；二、将氧化亚镍与电解质混合后研磨，分成初始粉体a和初始粉体b；三、向初始粉体a中加入造孔剂，混合粉体压制成阳极坯体，烧结得到多孔阳极块体；四、初始粉体b中加入粘结剂，涂覆到电解质支撑体上；五、多孔阳极块体放置于涂覆有浆料的阳极坯体上，烧结完成双层阳极的制备。本发明专利技术将浆料涂覆法和干压法结合制备双层阳极，阳极的厚度可达0.1～3mm，避免了厚阳极高温烧结过程中的变形、开裂和脱落。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体氧化物燃料电池阳极的制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接把化学能转变为电能的电化学装置，具有高效、环保、燃料来源广泛等优点。SOFC主要由阳极、阴极和电解质三个基本组元构成，是全固态的陶瓷结构。整个电池在组装过程中需要通过高温烧结实现电池组元陶瓷化和各个组元之间的紧密结合。这就需要通过材料选择、组元参数设计和制备工艺优化来保证电池组元和组元之间不发生开裂、变形和脱落等问题。按照电池支撑体的成分不同，SOFC主要可以分为阳极支撑型SOFC和电解质支撑型SOFC，其中阳极支撑型SOFC中阳极的制备方法主要是干压法、流延法；而电解质支撑的阳极主要是丝网印刷和浆料涂覆法。电解质支撑SOFC的优点是机械强度高，电极可以按照需要在电解质上进行任意排布，结构设计多样。例如在单气室固体氧化物燃料电池(SC-SOFC)中的同面电池，必须使用电解质支撑结构，因为它需要在一个电解质的同一面上同时制备电池的阳极和阴极，这显然是阳极支撑电池无法实现的。在SOFC的实际应用中，除了需要考虑电池的机械强度以外，还需要根据电池的工作条件不同对电池的电极的厚度还有特别的要求。例如在使用CH4和O2的混合气体为燃料的固体氧化物燃料电池，需要阳极的厚度可以达到几百个微米防止电池阳极的三相反应区被混合气氛中的氧气迅速氧化，导致电池电压的快速震荡和衰退(Fuel cells 2014,14(1),76-82)。但目前电解质支撑SOFC的阳极厚度一般都小于100μm，这主要是因为电解质支撑SOFC中的阳极都是由含有大量有机物的浆料制备而成。阳极薄的时候，需要的阳极浆料较少，在高温烧结的过程中，浆料中有机物挥发的路径较短，有机物容易从阳极薄层中直接逃逸，保证了阳极自身的完整；相反，厚的阳极就需要厚的阳极浆料，在电极高温烧结的过程中，大量浆料存在就会使得阳极底层中的有机物挥发路径很长，逃逸阻力过大，被困在阳极胚体中发生膨胀，同时周围的有机物也会逐渐进入该膨胀空间中；随着温度的升高，膨胀的有机物蓄积的能量越来越大，对阳极胚体的冲击力增大，当冲击力达到阳极胚体的耐受极限时，有机物便冲破逃逸出去，最终导致了阳极的表面出现变形或者开裂。
技术实现思路
本专利技术是要解决目前浆料涂覆法制备SOFC厚阳极中出现的阳极开裂、脱落的问题，从而提供一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法。本专利技术固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法按下列步骤实现：一、将固体氧化物电解质粉体装入模具内，在室温下将电解质粉体压制成厚度为0.05～3mm的坯体，然后在1000～1400℃的高温下烧结1～10h，得到电解质支撑体；二、按质量比为0.25～9:1将氧化亚镍与固体氧化物电解质混合后研磨，研磨后的粉体分成初始粉体a和初始粉体b；三、向初始粉体a中加入造孔剂，混合均匀得到混合粉体，将混合粉体置于钢制模具中，在室温下将混合粉体压制成厚度为0.05～3mm的阳极坯体，将阳极坯体在900～1500℃条件下烧结1～10h，得到干压后的多孔阳极块体；四、向初始粉体b中加入粘结剂，制备得到阳极浆料，然后将阳极浆料涂覆到电解质支撑体上，涂覆的阳极浆料层厚度为0.005～0.05mm，得到涂覆有浆料的阳极坯体；五、将步骤三得到的干压后的多孔阳极块体放置于涂覆有浆料的阳极坯体的阳极浆料层上，最后在900～1500℃的高温下共烧结1～10h，得到固体氧化物燃料电池双层阳极。本专利技术将浆料涂覆法和干压法相结合制备固体氧化物燃料电池双层阳极，先通过浆料涂覆法制备薄层阳极，再在薄层阳极上制备干压法厚阳极，最后通过共烧结获得所需阳极。这种方法既避免了浆料制备阳极中的变形、开裂问题，又保留了浆料涂覆制备电极结构多样的特点，同时还提高了电池的输出性能的稳定性。综上，本专利技术固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法包含以下有益效果：1、本专利技术将浆料涂覆法和干压法结合制备固体氧化物燃料电池双层阳极，SOFC阳极的厚度可达0.1～3mm，解决了单一浆料涂覆法在制备厚阳极时高温烧结过程中的变形、开裂和脱落问题；2、本专利技术将浆料涂覆法和干压法结合制备固体氧化物燃料电池双层阳极，依然保留了浆料涂覆法在制备电极中能够根据需要自由排布，结构设计多样的优点；3、本专利技术将浆料涂覆法和干压法结合制备固体氧化物燃料电池双层阳极，利用干压法制备的阳极结构合理，有利于提高电池输出性能的稳定性；4、本专利技术制备方法简单易行，不涉及特殊的技术工艺，成本低廉。附图说明图1为本专利技术固体氧化物燃料电池双层阳极的结构示意图，其中1—电解质支撑体，2—阳极浆料层，3—干压后的多孔阳极块体；图2实例一中使用双层阳极组装得到的固体氧化物燃料电池700℃的输出性能测试图；图3实例一中使用浆料涂覆法阳极组装得到的固体氧化物燃料电池700℃的输出性能测试图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法按下列步骤实现：一、将固体氧化物电解质粉体装入模具内，在室温下将电解质粉体压制成厚度为0.05～3mm的坯体，然后在1000～1400℃的高温下烧结1～10h，得到电解质支撑体；二、按质量比为0.25～9:1将氧化亚镍与固体氧化物电解质混合后研磨，研磨后的粉体分成初始粉体a和初始粉体b；三、向初始粉体a中加入造孔剂，混合均匀得到混合粉体，将混合粉体置于钢制模具中，在室温下将混合粉体压制成厚度为0.05～3mm的阳极坯体，将阳极坯体在900～1500℃条件下烧结1～10h，得到干压后的多孔阳极块体；四、向初始粉体b中加入粘结剂，制备得到阳极浆料，然后将阳极浆料涂覆到电解质支撑体上，涂覆的阳极浆料层厚度为0.005～0.05mm，得到涂覆有浆料的阳极坯体；五、将步骤三得到的干压后的多孔阳极块体放置于涂覆有浆料的阳极坯体的阳极浆料层上，最后在900～1500℃的高温下共烧结1～10h，得到固体氧化物燃料电池双层阳极。本实施方式得到的固体氧化物燃料电池双层阳极由电解质支撑体、浆料涂覆阳极层和干压法制备的阳极层组成，浆料涂覆阳极层夹在电解质支撑体与干压法制备的阳极层之间。步骤三也可以不在初始粉体中加入造孔剂。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是固体氧化物电解质为摩尔掺杂量为1％～30％碱土氧化物掺杂氧化锆、摩尔掺杂量为1％～20％稀土氧化物掺杂氧化锆、摩尔掺杂量为1％～50％碱土氧化物掺杂氧化铈或摩尔掺杂量为1％～50％稀土氧化物掺杂氧化铈。其它步骤及参数与具体实施方式一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：一、将固体氧化物电解质粉体装入模具内，在室温下将电解质粉体压制成厚度为0.05～3mm的坯体，然后在1000～1400℃的高温下烧结1～10h，得到电解质支撑体；二、按质量比为0.25～9:1将氧化亚镍与固体氧化物电解质混合后研磨，研磨后的粉体分成初始粉体a和初始粉体b；三、向初始粉体a中加入造孔剂，混合均匀得到混合粉体，将混合粉体置于钢制模具中，在室温下将混合粉体压制成厚度为0.05～3mm的阳极坯体，将阳极坯体在900～1500℃条件下烧结1～10h，得到干压后的多孔阳极块体；四、向初始粉体b中加入粘结剂，制备得到阳极浆料，然后将阳极浆料涂覆到电解质支撑体上，涂覆的阳极浆料层厚度为0.005～0.05mm，得到涂覆有浆料的阳极坯体；五、将步骤三得到的干压后的多孔阳极块体放置于涂覆有浆料的阳极坯体的阳极浆料层上，最后在900～1500℃的高温下共烧结1～10h，得到固体氧化物燃料电池双层阳极。

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、将固体氧化物电解质粉体装入模具内，在室温下将电解质粉体压制成厚度为
0.05～3mm的坯体，然后在1000～1400℃的高温下烧结1～10h，得到电解质支撑体；
二、按质量比为0.25～9:1将氧化亚镍与固体氧化物电解质混合后研磨，研磨后的粉体
分成初始粉体a和初始粉体b；
三、向初始粉体a中加入造孔剂，混合均匀得到混合粉体，将混合粉体置于钢制模具
中，在室温下将混合粉体压制成厚度为0.05～3mm的阳极坯体，将阳极坯体在900～1500℃
条件下烧结1～10h，得到干压后的多孔阳极块体；
四、向初始粉体b中加入粘结剂，制备得到阳极浆料，然后将阳极浆料涂覆到电解质
支撑体上，涂覆的阳极浆料层厚度为0.005～0.05mm，得到涂覆有浆料的阳极坯体；
五、将步骤三得到的干压后的多孔阳极块体放置于涂覆有浆料的阳极坯体的阳极浆料
层上，最后在900～1500℃的高温下共烧结1～10h，得到固体氧化物燃料电池双层阳极。
2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法，其特征在于
所述的固体氧化物电解质为摩尔掺杂量为1％～30％碱土氧化物掺杂氧化锆、摩尔掺杂量为
1％～20％稀土氧化物掺杂氧化锆、摩尔掺杂量为1％～50％碱土氧化物掺杂氧化铈或摩尔掺杂
量为1％～50％稀土氧化物掺杂氧化铈。
3.根据权利要求2所述的一种固体氧化物燃料电池双层阳极的制备方法，其特征在于
所述的稀土氧化物掺杂氧化锆中的稀土氧化物是氧化镧、氧化铈...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志红，吕喆，朱星宝，黄喜强，张耀辉，魏波，敖广红，乔羽，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23