一种制备油墨的方法技术

一种制备油墨（Ｐ）的方法，该油墨可用于制备功能层（６）、尤其是可用于制备燃料电池的电极，所述油墨含有构成两种固相的分散性分布的颗粒（１０１，１０２），通过所述两种固相的结合作用并用气态反应物能够在所制备的功能层中在气／固界面上激发催化反应，该方法的特征在于，在第一步骤（１）中，所述固相呈细粒度颗粒（Ｐ１，Ｐ２）来形成；以混合和均一分布的方式将两种固相的颗粒分散于第一液体（Ｌ１）中（２）；由如此产生的分散体（Ｄ）来形成细粒度颗粒的多相集聚体（Ｐ３）；和在烧结后（４），通过添加第二液体（Ｌ２）并通过粉碎（５），将这些集聚体混合以形成均相油墨（Ｐ），其中在第一步骤中形成的颗粒具有这样的细粒度，其使得所述多相集聚体和它们的碎片在粉碎后各含有许多两种固相的颗粒。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种制备油墨的方法
本专利技术涉及一种按照权利要求1的前序的制备油墨的方法，所述油墨可用于制备功能层，尤其是用于制备燃料电池的电极，所述燃料电池可在中温或高温下操作。本专利技术还涉及这种油墨、这种油墨的用途以及高温燃料电池。
技术介绍
在高温燃料电池(SOFC燃料电池)中，一方面的氧化气体和另一方面的还原气体与电化学活性的元素进行反应，同时产生电能和热能。对于平板燃料电池来说，电化学活性的元素呈膜状方式来形成，且各包括下列功能层：两个电极层、阳极和阴极，和固体电解质层，在所述电极上所述气体与电极的催化活性物质之间发生电化学电极反应，所述固体电解质层分隔所述电极层且其为离子传导性固体物质电解质层。在电化学活性元素的较简单的实施方案中，所述固体电解质层形成用于电极层的载体结构。在例如EP-A0902493(＝P.6829)中叙述了这种电极层的制备。由DE-A-19819453已公知高温燃料电池，其中阳极基板形成载体结构。中间阳极层、优选很薄的固体电解质层和层状阴极涂覆在这种载体结构上。所述阳极基板和中间阳极层是由同一电极材料即由多孔金属陶瓷制备的功能层，所述多孔金属陶瓷由陶瓷材料YSZ(钇稳定化的氧化锆)和镍组成。YSZ也用于固体电解质结构(载体结构或通过镀覆所涂覆的层)。在阳极和电解质之间的界面区域中，在所谓的三相点(镍/电解质/孔)上发生电化学反应。通过这些电化学反应，镍原子由电解质中的氧离子(O2-)氧化，这些原子又由气态燃料(H2、CO)还原，形成H2O和CO2，在氧化过程中释放的电子又由阳极基板进一步传导。发生交替还原和氧化的所述氧化还原过程的氧化镍称为“活性氧化物”。阴极也是一种功能层，其中两种固体相与孔空间一起形成三相点。来自孔空间的氧分子在吸收电子的同时反应形成氧离子，所述氧离子由一种固体相传递到固体电解质层中。电子由连接相邻燃料电池-->的电化学活性元素的中间连接物提供到阴极。所述功能层可由油墨类材料来制造，所述油墨类材料通过丝网印刷方法涂覆在基体上例如涂覆在电解质层上。在干燥步骤后，通过焙烧将涂层材料烧结在基体上。为使在电极上产生电极反应的大的逆转(turnover)，这些功能层必须在三相点具有大的密度。为获得大的密度，所述两种固体相必须以很微细的颗粒的形态连接在一起。通过化学方法可制备出这种颗粒。但已发现在制备油墨时，这些颗粒不能被均匀混合。由于内聚力，形成均一的聚集物，其各由大量的相同固相的颗粒组成。所需的三相点仅在所述聚集物的边界处产生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备油墨的方法，所述油墨由两种固相的微细颗粒来制备，其中所述两种固相形成比用均一聚集物制备的所述油墨数量大的多的接触点。这一目的由权利要求1限定的方法所实现。所述方法是制备可用于制备功能层的油墨，所述油墨特别是用于制备燃料电池的电极。所述油墨含有形成两种固相的分散性分布的颗粒。通过两种固相的复合作用并用气态反应物可在气/固界面上在制备的功能层中激发催化反应。在第一步骤中，形成呈细粒度颗粒的所述固相。将两种固相颗粒以均一分布方式混合并分散于第一液体中。由由此产生的所述分散体形成细粒度颗粒的多相集聚体。在烧结后通过添加第二液体并同时进行粉碎使这些集聚体混合而形成均一的油墨。在第一步骤中形成的颗粒具有这样细的粒度以至于在粉碎后所述多相集聚体及它们的碎片各含有两种固相的许多颗粒。本专利技术的方法因另一种原因而是有利的。第一加工步骤的细粒度颗粒所产生的油墨，因为很大的比表面积而使其固体的比例较小。涂覆在电解质层上的油墨导致一种非常多孔的层，其中在烧结过程中由于收缩效应而形成张力。这些张力可以如此地大，以至于导致涂层从电解质层上剥落。在由多相集聚体或它们的碎片形成的油墨中，固体部分大的多，收缩效应对应较小。烧结的涂层因而与电解质层良好地粘合。本专利技术的方法还可用于制备提供除电极层以外的功能层的油墨。-->从属权利要求2至6涉及本专利技术方法的有利的实施方案。权利要求7和8相应的主题是一种油墨和这种油墨的用途。权利要求9和10涉及高温燃料电池，其电极是用所述油墨来制备。附图说明以下参照附图来对本专利技术进行叙述。附图为：图1为本专利技术方法的框图；图2为通过喷雾干燥得到的所述方法的中间产物；图3为两种固相的集聚体；和图4为含有两种固相的多孔功能层的截面图；具体实施方式在图1中，图示了本专利技术方法的框图：在第一步骤1中，在反应器11和12中通过化学过程制备细粒度颗粒P1和P2，其具有约为20-60m2/g的高比表面积(σ)。对功能层以两种固相形式来提供这些颗粒P1、P2，其中通过两种固相的复合作用并用气态反应物在气/固界面上进行催化反应。由按照本专利技术制备的油墨来制造所述功能层，所述油墨含有分散性分布的颗粒P1、P2。这种油墨可特别用于制备高温燃料电池的电极。将在第一步骤1中形成的两种固相的细粒度颗粒P1、P2分散于第一液体L1中，在这一第二步骤2中混合的颗粒P1、P2使得产生了具有均一分布的颗粒P1、P2的分散体D。有利的是，所述第二步骤2通过球磨机来进行。以喷雾态来对所述分散体D进行干燥-第三步骤3。为此目的，例如将分散体D喷雾到加热的惰性气体中。这种喷雾干燥所需的热量的引入也可通过热辐射和/或微波来进行。所述细粒度颗粒P1、P2也可通过由粗粒度颗粒进行研磨来得到。在这种情况下，所述颗粒和它们的分散体的粉碎可在第二步骤2的球磨机中合并进行。因而步骤1和2合并在同一第一步骤中。在图2中，图示了通过喷雾干燥得到的所述方法的中间产物P3：其至少部分是由小的中空球20所组成，所述球的表面21各具有通向内部空间的开口22。在图3中图示了表面21的放大图(放大率约为20倍)。可见构成所述两种固相的的颗粒集聚体101(＝P1)和102(＝P2)。微孔103位于这些颗粒之间。还可通过其它加工步骤来制备多相集聚体P3。例如，通过在分散-->体D适用的絮凝剂中进行混合，所述细粒度颗粒P1和P2合并形成结合体，其中所述两种颗粒类型以混合形态来排布。随后除去第一液体L1，尤其是通过干燥来进行，从而由所述颗粒结合体产生了多相集聚体。例如可使用碱来作为絮凝剂，其使得pH增加。也可使用有机物质如醇。所述颗粒结合体沉降，并可在倾析器中与部分第一液体L1分离。沉淀物可在流化床中进行干燥。在由细粒度颗粒P1和P2的多相集聚体组成的中间产物P3中，这些颗粒P1、P2均一分布而不形成同一固相的均相聚集体。在第四步骤4中对干燥的集聚体进行焙烧，使得在喷雾干燥实例中，在小球20中的颗粒P1、P2通过烧结而互相连接。在烧结后，在第五步骤5中通过添加第二液体L2和在粉碎过程中来对这些集聚体进行混合，形成均相的油墨P。由于粉碎，产生较大比例的固体，从而最终可制备出较低孔隙率的功能层。最终产物P含有呈碎片或未粉碎形式的多相集聚体。在第一步骤中形成的颗粒具有这样的细粒度，以至于在粉碎后多相集聚体的碎片各含有两种固相的多个颗粒P1、P2。颗粒P的比表面积(6)量值约为3-10m2/g。喷雾干燥并烧结的集聚体可在球磨机中粉碎或压碎。与用于第二方法步骤2的第一球磨机的球相对比，在第二球磨机中进一步加工中使用了明显更大的球。这样，由所述集聚体产生了明显大于细粒度颗粒P1、P2的碎片，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备油墨(P)的方法，该油墨可用于制备功能层(6)、尤其是可用于制备燃料电池的电极，所述油墨含有构成两种固相的分散性分布的颗粒(101，102)，通过所述两种固相的结合作用并用气态反应物能够在所制备的功能层中在气/固界面上激发催化反应，该方法的特征在于，在第一步骤(1)中，所述固相呈细粒度颗粒(P1，P2)来形成；以混合和均一分布的方式将两种固相的颗粒分散于第一液体(L1)中(2)；由如此产生的分散体(D)来形成细粒度颗粒的多相集聚体(P3)；和在烧结后(4)，通过添加第二液体(L2)并通过粉碎(5)，将这些集聚体混合以形成均相油墨(P)，其中在第一步骤中形成的颗粒具有这样的细粒度，其使得所述多相集聚体和它们的碎片在粉碎后各含有许多两种固相的颗粒。2.如权利要求1的方法，其特征在于以喷雾态(3)来对分散体(D)进行干燥，使得经过这种喷雾干燥产生多相集聚体(P3)；或通过将絮凝剂混合到所述分散体(D)中并随后对以这种方式处理的分散体进行干燥来形成多相集聚体(P3)。3.如权利要求1或2的方法，其特征在于所述第一固相为“活性氧化物”，其具有如下化学组成：Ni1-xMxO，其中x＝0-0.05，M＝Cu，V，Mg，Pt，Co，Fe，Mo，W；并且第二固相具有如下化学组成：YxM′yZr1-x-yO 2，其中x＝0-0.1，y＝0-0.1，且M′＝T i，Mn，Al，Nb，或Ce1-x-yM″xMyO2，其中x＝0-0.4，y＝0-0.05，且M″＝Gd，Sm，Y，M＝Co，Fe，Mn，其中所述两种固相适用于制备阳极，并且它们的比值-以重量百分比计...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·巴塔维，C·沃伊萨德，
申请(专利权)人：苏舍赫克希斯公司，
类型：发明
国别省市：