一种固体氧化物燃料电池的制备方法技术

一种固体氧化物燃料电池的制备方法，包括阳极、阴极、连接体、以及位于阳极和阴极之间的氧化物电解质，阴极和连接体之间设有阴极接触材料，所述阳极和阴极均为疏松多孔状，氧化物电解质为致密氧离子传导层；氧化物电解质为用金属氧化物粉体制备，阴极接触材料为LaCo0.6Ni0.4O3‑δ，所述连接体为铁素体不锈钢。采用本发明专利技术制备的固体氧化物燃料电池，避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题，采用本发明专利技术中的材料作电解质、阴极和阳极、连接体和阴极接触材料，具有全固态结构，能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，是一种清洁高效的能源系统，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了电池结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，特别涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(简称：SOFC)是一种新型的发电装置，它能将化学能直接转化成电能，具有能量转换效率高、环境污染小、燃料的适应性强等优点，正日益受到广泛研究和开发。传统的SOFC结构主要有平板状、管状、瓦楞状等，其中，中空纤维型SOFC与传统的平板形、管状、瓦楞状相比，由于单位体积内的有效接触面积大、壁薄，导致其具有体积功率密度大、高传输速率、易组装成大规模电池堆、抗热冲击性能较强、启动时间短、电流收集容易等优点，是未来工业应用中最具潜力和前景的一种SOFC形态。燃料电池是一种能够促使阳极的燃料气体与阴极的氧气进行电化学反应并将燃料中的化学能转换成电能的一种能量转换装置，相比于其它常规发电系统，燃料电池有更好的环境适应性以及不受电堆规模影响的高的转换效率。它不仅可以作为固定式或是分布式的发电装置，同时还可以运用于移动设备，如汽车中，作为新的动力装置。目前研究最多应用最广泛的燃料电池是如下四种：质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,PEMFC)，磷酸燃料电池(phosphoricacidfuelcell,PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(moltencarbonatefuelcell,MCFC)以及固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell,SOFC)。燃料电池的分类由其所使用的电解质决定，电解质的性质反过来也限制了燃料电池的运行温度。燃料电池以其大的发电潜力以及能够应用在静态及移动装置中这些优点，正吸引着越来越多的关注。相比于其他常规的发电设备，燃料电池有着更高的发电效率，它能将燃料的化学能直接转化成我们可以方便利用的电能，极大的降低了CO2温室气体及其它对环境有害的气体的排放，对大气污染的治理及环境保护有极为重要的意义。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种有很好发展前景的燃料电池，随着在该领域的不断深入研究，成就不断取得，固体氧化物燃料电池也被证明极具使用价值，在固体氧化料电池电堆中，处在连接体和阴极之间的阴极接触材料是其重要组成部分，它能够很好的匹配与其相接的阴极及连接体，使电池的堆叠成为可能，从而能够产生大功率的发电量，满足实际需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能提高燃料电池的热稳定性和电稳定性的固体氧化物燃料电池的制备方法，它能够很好的匹配与其相接的阴极及连接体，使电池的堆叠成为可能，从而能够产生大功率的发电量，满足实际需求。本专利技术的技术方案可以通过以下技术措施来实现：一种固体氧化物燃料电池的制备方法，包括阳极、阴极、连接体、以及位于所述阳极和阴极之间的氧化物电解质，所述阴极和连接体之间设有阴极接触材料，所述阳极和阴极均为疏松多孔状，所述氧化物电解质为致密氧离子传导层；所述氧化物电解质为用金属氧化物粉体制备，电解质层厚度为3μm-30μm；氧化物电解质包括下列重量配比的原料，粉体∶溶剂∶分散剂∶粘结剂∶增塑剂为4～12∶50∶0.2～1∶2～3∶1～5，将上述配制的浆料采用喷雾器以氮气为载气进行喷雾，再加热到温度为40℃-80℃并保持在该温度形成氧化物电解质；所述粉体为钇稳定氧化锆或氧化铈或铈酸钡，所述溶剂为乙醇，或甲苯和丁酮，或乙醇和水，所述分散剂为三乙醇胺或鱼油或柠檬酸，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或甲基纤维素或聚乙烯醇，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇；所述阴极接触材料为LaCo0.6Ni0.4O3-δ，阴极接触材料按以下步骤制备：S11：将聚乙烯醇加入蒸馏水中，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为10:90，将盛溶液的烧杯封口，防止水分的蒸发；S12：将油浴温度调至65℃，在此温度下搅拌2h，使其充分溶胀，之后将油浴温度调升至90℃，搅拌至聚乙烯醇的水溶液完全澄清，得到质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液；S13：按化学计量比称量好的La(NO3)3·6H2O,Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O的晶体依次加入到S12中得到的溶液中，并将油浴温度调节至90℃，不在将烧杯口封住，搅拌15h，使溶液充分混合，并蒸发水分，得到均匀粘稠的棕褐色溶液，溶液中的各组分离子分布均匀；S14：再将棕褐色溶液放入100℃烘箱中烘干36h，得到蓬松的棕色固态前驱体，将棕色的前驱体捣成粉末状，将其分别在850℃和1350℃下煅烧4.2h，得到粉末球，并将煅烧后的粉末球磨32h，球磨珠有两种尺寸，直径分别为10mm及5mm，粉体与球磨珠的质量比为1:1.5:1.5，无水乙醇作为球磨时的分散剂；S15：将球磨后的浆液烘干研磨，得到最终的阴极接触材料的粉末；所述连接体为铁素体不锈钢，连接体按以下步骤制备：S21：将铁素体不锈钢钢片线切割成直径为25mm的圆形钢片，其厚度为0.8mm；S22：对钢片进行打磨，使钢片表面均匀光滑干净；S23：将钢片分别在160目，420目，620目，850目，1050目以及1260目氧化铝砂纸上依次打磨，并用蒸馏水清洗打磨完后的钢片并烘干，得到光滑干燥的连接体；所述阳极按以下步骤制备：制备作为支撑体的阳极层，此阳极层厚度为100～500μm，阳极层含有氧化镍、镍粉、以及由8mol％氧化钇稳定的氧化锆，所述氧化镍、镍粉和氧化锆混合的质量比例范围为1∶0.9～1.1∶0.6～1.3；裁剪上述的阳极层，并将裁剪后的阳极层置于等尺寸的基板上形成阳极。作为本专利技术固体氧化物燃料电池的制备方法的优选实施方式，所述阴极采用钙钛矿型的陶瓷材料。进一步地，所述钙钛矿型的陶瓷材料为La0.8Sr0.2MnO3-δ、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ或La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ。作为本专利技术固体氧化物燃料电池的制备方法的优选实施方式，所述铁素体不锈钢包含有C、Si、Mn、Ni、Cr、S、P，其中C占铁素体不锈钢的重量百分比为0.15％，Si占铁素体不锈钢的重量百分比不大于0.85％，Mn占铁素体不锈钢的重量百分比不大于1.6％，Ni占铁素体不锈钢的重量百分比不大于0.8％，Cr占铁素体不锈钢的重量百分比为15％，S占铁素体不锈钢的重量百分比不大于0.08％，P占铁素体不锈钢的重量百分比不大于0.06％。作为本专利技术固体氧化物燃料电池的制备方法的优选实施方式，在步骤S23后，将连接体置于900℃的中温炉中保温5天。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：本专利技术中将镍粉和电解质材料混合，使镍粉均匀分布在电解质材料内，形成一种金属陶瓷，这种陶瓷制备的阳极可以防止电池运行时镍的烧结，并能使阳极与电解质有匹配的热膨胀系数。本专利技术采用高聚物(聚乙烯醇)诱捕法制备阴极接触材料，可以得到纯净的晶相，而且此方法操作简单，粉体制备效率高，可以用来进行大批量生产。采用本专利技术制备的固体氧化物燃料电池，避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题，采用本专利技术中的材料作电解质、阴极和阳极、连接体和阴极接触材料，具有全固态结构，能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一种清洁高效的能源系统，加快了电池的反应进行，还可以实现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了电池结构。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，固体氧化物燃料电池包括阳极、阴极、连接体、以及位于所述阳极和阴极之间的氧化物电解质，所述阴极和连接体之间设有阴极接触材料，所述阳极和阴极均为疏松多孔状，所述氧化物电解质为致密氧离子传导层；所述氧化物电解质为用金属氧化物粉体制备，电解质层厚度为3μm‑30μm；氧化物电解质包括下列重量配比的原料，粉体∶溶剂∶分散剂∶粘结剂∶增塑剂为4～12∶50∶0.2～1∶2～3∶1～5，将上述配制的浆料采用喷雾器以氮气为载气进行喷雾，再加热到温度为40℃‑80℃并保持在该温度形成氧化物电解质；所述粉体为钇稳定氧化锆或氧化铈或铈酸钡，所述溶剂为乙醇，或甲苯和丁酮，或乙醇和水，所述分散剂为三乙醇胺或鱼油或柠檬酸，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或甲基纤维素或聚乙烯醇，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇；所述阴极接触材料为LaCo0.6Ni0.4O3‑δ，阴极接触材料按以下步骤制备：S11：将聚乙烯醇加入蒸馏水中，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为10:90，将盛溶液的烧杯封口，防止水分的蒸发；S12：将油浴温度调至65℃，在此温度下搅拌2h，使其充分溶胀，之后将油浴温度调升至90℃，搅拌至聚乙烯醇的水溶液完全澄清，得到质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液；S13：按化学计量比称量好的La(NO3)3·6H2O,Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O的晶体依次加入到S12中得到的溶液中，并将油浴温度调节至90℃，不在将烧杯口封住，搅拌15h，使溶液充分混合，并蒸发水分，得到均匀粘稠的棕褐色溶液，溶液中的各组分离子分布均匀；S14：再将棕褐色溶液放入100℃烘箱中烘干36h，得到蓬松的棕色固态前驱体，将棕色的前驱体捣成粉末状，将其分别在850℃和1350℃下煅烧4.2h，得到粉末球，并将煅烧后的粉末球磨32h，球磨珠有两种尺寸，直径分别为10mm及5mm，粉体与球磨珠的质量比为1:1.5:1.5，无水乙醇作为球磨时的分散剂；S15：将球磨后的浆液烘干研磨，得到最终的阴极接触材料的粉末；所述连接体为铁素体不锈钢，连接体按以下步骤制备：S21：将铁素体不锈钢钢片线切割成直径为25mm的圆形钢片，其厚度为0.8mm；S22：对钢片进行打磨，使钢片表面均匀光滑干净；S23：将钢片分别在160目，420目，620目，850目，1050目以及1260目氧化铝砂纸上依次打磨，并用蒸馏水清洗打磨完后的钢片并烘干，得到光滑干燥的连接体；所述阳极按以下步骤制备：制备作为支撑体的阳极层，此阳极层厚度为100～500μm，阳极层含有氧化镍、镍粉、以及由8mol％氧化钇稳定的氧化锆，所述氧化镍、镍粉和氧化锆混合的质量比例范围为1∶0.9～1.1∶0.6～1.3；裁剪上述的阳极层，并将裁剪后的阳极层置于等尺寸的基板上形成阳极。...

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，固体氧化物燃料电池包括阳极、阴极、连接体、以及位于所述阳极和阴极之间的氧化物电解质，所述阴极和连接体之间设有阴极接触材料，所述阳极和阴极均为疏松多孔状，所述氧化物电解质为致密氧离子传导层；所述氧化物电解质为用金属氧化物粉体制备，电解质层厚度为3μm-30μm；氧化物电解质包括下列重量配比的原料，粉体∶溶剂∶分散剂∶粘结剂∶增塑剂为4～12∶50∶0.2～1∶2～3∶1～5，将上述配制的浆料采用喷雾器以氮气为载气进行喷雾，再加热到温度为40℃-80℃并保持在该温度形成氧化物电解质；所述粉体为钇稳定氧化锆或氧化铈或铈酸钡，所述溶剂为乙醇，或甲苯和丁酮，或乙醇和水，所述分散剂为三乙醇胺或鱼油或柠檬酸，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或甲基纤维素或聚乙烯醇，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇；所述阴极接触材料为LaCo0.6Ni0.4O3-δ，阴极接触材料按以下步骤制备：S11：将聚乙烯醇加入蒸馏水中，聚乙烯醇与蒸馏水的质量比为10:90，将盛溶液的烧杯封口，防止水分的蒸发；S12：将油浴温度调至65℃，在此温度下搅拌2h，使其充分溶胀，之后将油浴温度调升至90℃，搅拌至聚乙烯醇的水溶液完全澄清，得到质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液；S13：按化学计量比称量好的La(NO3)3·6H2O,Co(NO3)2·6H2O和Ni(NO3)2·6H2O的晶体依次加入到S12中得到的溶液中，并将油浴温度调节至90℃，不在将烧杯口封住，搅拌15h，使溶液充分混合，并蒸发水分，得到均匀粘稠的棕褐色溶液，溶液中的各组分离子分布均匀；S14：再将棕褐色溶液放入100℃烘箱中烘干36h，得到蓬松的棕色固态前驱体，将棕色的前驱体捣成粉末状，将其分别在850℃和1350℃下煅烧4.2h，得到粉末球，并将煅烧后的粉末球磨32h，球磨珠有两种尺寸，直径分别为10mm及5mm，粉体与球磨珠的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：李箭，蒲健，申景泉，
申请(专利权)人：中博源仪征新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32