本发明专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池及其制备方法，该电池为在以钙钛矿型氧化物为阳极材料的多孔阳极支撑体上依次沉积多孔阳极功能层、致密电解质层和多孔阴极功能层，经还原处理后在多孔阴极功能层上沉积多孔阴极层，其中多孔钙钛矿阳极支撑体、多孔阳极功能层内沉积有纳米掺杂氧化铈，多孔阴极功能层内依次沉积有纳米掺杂氧化铈和纳米阴极材料。本发明专利技术所制备的固体氧化物燃料电池长期结构稳定，可经受多次氧化-还原循环，抗积碳，并具有耐硫性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，具体涉及。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(英文为Solid Oxide Fuel Cell，缩写为S0FC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，是新型高效清洁的能源转化装置。SOFC具有许多优点，例如:不需用贵金属作电极；燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料；具有较高的能转化效率；快速电极反应；仅是气固两相系统，消除了液体电解质所产生的腐蚀问题；排放出的优质废气可以与气轮机联合循环，或热电联供。SOFC具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。SOFC的开发研宄以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好SOFC的应用前景。SOFC进入商业化发展的主要障碍是电池系统的成本和寿命。平板式固体氧化物燃料电池，尤其是中温固体氧化物燃料电池(500?800°C )，是目前国际上固体氧化物燃料电池研宄的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，降低了对密封等其它材料的要求，可采用低成本的陶瓷制备工艺，可望大幅降低固体氧化物燃料电池的制造成本。目前，N1-YSZ(YSZ:氧化钇稳定氧化锆)阳极支撑中温固体氧化物燃料电池近年来在国际上应用广泛。当直接使用碳氢化合物为阳极燃料时，N1-YSZ阳极存在耐硫性低、会积碳等缺点，所以，4和重整碳氢气体才能作为理想的阳极燃料。但是，气体重整增加了SOFC发电系统的复杂性，降低了发电效率，从而导致成本提高。另外，N1-YSZ在高温下长期运行会发生氧化还原稳定性差、Ni颗粒烧结团聚等问题。因此，寻找研发出单相氧化物材料来取代N1-YSZ作为阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的阳极材料，使其具备N1-YSZ的优点，同时能减少积碳、克服镍烧结以及硫中毒等问题是迫切且必要的。近年来，含过渡金属的钙钛矿型氧化物ABO3得到特别关注，它们含有的3种不同类型的离子构成了多样并且具有潜在用途的缺陷化学，其中SrT13是典型代表。SrT13M料在宽泛的氧分压和温度范围内具有良好的化学和机械稳定性，显示出较大幅度的缺陷化学并且通过掺杂能够控制和调节缺陷浓度及其缺陷化学。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN 101964422A、名称为“钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料”的专利申请，介绍了由钙钛矿结构(ABO3)氧化物进行A、B位掺杂的一系列材料，该新型材料具有良好的结构稳定性、电性能、催化性能和抗积碳能力，适用于氧化甲烷等碳氢化合物燃料，但是所需原料种类过多，制备成本提高且制备过程容易出错。另外，中国专利号公开号CN 102731090A、名称为“一种直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法”的专利，介绍了 La、Cr共掺杂钛酸锶阳极材料，其具有离子电导率高，与电解质YSZ具有良好的化学相容性，可以用于直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池提高电池工作性能。所以经综合考虑，所需原料种类较少且还原气氛下导电性较好，本专利技术选用A位掺杂A位缺陷的钙钛矿型钛酸锶作为阳极材料。阳极支撑固体氧化物燃料电池的单电池制备工艺包括流延法、注浆成型法、等离子喷涂、湿法喷涂、丝网印刷、气相沉积、喷雾热解、溶胶-凝胶法、电泳沉积法、浸渍法、高温烧结等。中国专利公开号CN 101399352A、名称为“一种高强度超薄阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制备方法”的专利，介绍了采用流延法制备阳极支撑体生坯，使用空气直接喷涂法将活性阳极浆料和电解质浆料喷涂到阳极支撑体生坯上，通过高温焙烧得到半电池，最后通过空气喷涂法将阴极浆料喷涂在半电池上，经过高温焙烧制得单电池。但是其阳极材料为N1+YSZ，相对于钙钛矿型阳极材料，制备工艺较简单。中国专利公开号CN102593480A、名称为“固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜及其制备方法”的专利，介绍了一种固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜及其制备方法，该多层膜为在阳极主电子导电相和结构骨架增强相的厚膜上依次沉积过渡层薄膜和电解质薄膜，所形成的多孔阳极支撑体结构稳定。此外，中国专利公开号CN 102290580A、名称为“固体氧化物燃料电池阳极/电解质双层膜及其制备方法”的专利，介绍了采用流延法制备多孔YSZ阳极结构骨架厚膜生坯，采用丝网印刷法在此厚膜沉积电介质层，在一定温度下共烧结得到多孔YSZ结构骨架/致密电解质双层膜，采用浸渍法在阳极结构骨架内、外表面沉积纳米电催化剂，在较低温度下进行煅烧而制得阳极/电解质双层膜。但是以上2个专利均为固体氧化物燃料电池阳极侧和电解质的烧结工艺，均没有考虑到阴极部分，在制备完整的固体氧化物燃料电池过程中以上工艺都需要进行调整。因此，为了解决固体氧化物燃料电池中的积碳、镍烧结以及硫中毒等问题，需要对钙钛矿阳极支撑型固体氧化物燃料电池进行更多的研宄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服积碳、镍烧结以及硫中毒等问题而提供一种以钙钛矿型钛酸锶氧化物作为阳极的固体氧化物燃料电池，其中，用A位掺杂A位缺陷钙钛矿型钛酸锶氧化物作为阳极材料；还提供一种采用流延法、丝网印刷法和浸渍法相结合的钙钛矿阳极支撑型中温固体氧化物燃料电池的制备方法。本专利技术通过下列技术方案实现:根据本专利技术的一个方面，提供了一种固体氧化物燃料电池，其中，包括:以钙钛矿型钛酸锶氧化物为阳极材料的阳极支撑体；依次沉积在所述阳极支撑体上的阳极功能层、电解质层和阴极功能层；沉积在所述阴极功能层上的阴极层；其中，所述阳极支撑体和所述阳极功能层内都沉积有纳米掺杂氧化铈，所述阴极功能层内依次沉积有纳米掺杂氧化铈和纳米阴极材料。优选的，所述阳极材料是通式为LaxSryT1j^ A位掺杂A位缺陷钙钛矿型钛酸锶氧化物，其中，0〈x〈l，0〈y〈l，0<x+y<lo优选地，所述电解质层中电解质为氧化钇稳定氧化锆，或氧化钪和氧化铈稳定氧化锆。优选地，所述掺杂氧化钟为钐掺杂氧化钟CenSmaO2，其中a = O?0.2或礼掺杂氧化铈 Ce1^GdbO2，其中 b = O ?0.2。优选地，所述阴极层为稀土钙钛矿结构复合氧化物、碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物、双钙钛矿结构复合氧化物或K2NiF4型结构复合氧化物。优选地，所述阳极支撑体和所述阳极功能层总共的厚度为250?1000 μ m，所述致密电解质层的厚度为5?15 μm，所述阴极功能层和所述阴极层的厚度总共为30?60 μπι。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种如上所述的固体氧化物燃料电池的制备方法，其中，包括以下步骤:(a)称取如上所述阳极材料粉体、淀粉成孔剂，再依次加入丁酮和乙醇混合溶剂、磷酸三乙酯分散剂，得到混合物A用行星式球磨机进行第一次球磨；(b)在经过所述第一次球磨混匀的所述混合物A的浆料中依次加入聚乙烯醇缩丁醛粘结剂以及邻本二甲酸二丁酯和聚乙二醇200塑性剂，得到的混合物B用行星式球磨机进行第二次球磨；(c)将经过所述第二次球磨混匀的所述混合物B的浆料进行真空除泡处理，进行流延制成所述阳极支撑体生坯，干燥后切割；(d)将乙基纤维素溶解于松节油透醇中制成乙基纤维素松油醇溶液，用来作为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括：以钙钛矿型氧化物为阳极材料的阳极支撑体；依次沉积在所述阳极支撑体上的阳极功能层、电解质层和阴极功能层；沉积在所述阴极功能层上的阴极层；其中，所述阳极支撑体和所述阳极功能层内都沉积有纳米掺杂氧化铈，所述阴极功能层内依次沉积有纳米掺杂氧化铈和纳米阴极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李斯琳，
申请(专利权)人：上海邦民新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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