固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置，属于SOFC发电的技术领域。其结构有：母模模具(1)、上公模模具(2)、下公模模具(3)组成的电解质单轴模具；气囊上板(5)、气囊下板(6)、环形气囊(7)、气泵(8)组成的电解质腔体深度驱动部分；电解质腔体深度传感器(15)、腔体深度数字显示器(11)组成的电解质腔体深度控制部分；电解质平整支杆(12)、电解质平整旋纽(13)、电解质平整滑板(14)组成的粉体平整部分。本发明专利技术的模具控制装置能减小并精确控制电解质粉料的厚度，制得厚度0.5mm以下的电解质，电解质腔体(4)内粉料分布均匀，烧结后不开裂不变形。具有更好的致密性和更高的机械强度。

Mold Control Device for Electrolyte Preparation of Solid Oxide Fuel Cells

The invention relates to a solid oxide fuel cell electrolyte preparation mould control device, which belongs to the technical field of SOFC power generation. Its structure includes: electrolyte uniaxial die composed of mother mould (1), upper mould (2) and lower mould (3); electrolyte cavity depth driving part composed of upper airbag plate (5), lower airbag plate (6), annular airbag (7) and air pump (8); electrolyte cavity depth sensor (15), electrolyte cavity depth digital display (11); electrolyte flat support rod (1). 2) Powder flat part composed of electrolyte flat knob (13) and electrolyte flat slide plate (14). The die control device of the invention can reduce and precisely control the thickness of electrolyte powder, and produce electrolyte with a thickness of less than 0.5mm. The powder in the electrolyte chamber (4) is evenly distributed and does not crack and deform after sintering. It has better compactness and higher mechanical strength.

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置
本专利技术属固体氧化物燃料电池(SOFC)发电的
，特别涉及一种燃料电池电解质制备模具控制装置。
技术介绍
SOFC的制作工艺流程：首先从电解质的制备成型入手，然后在电解质的两个侧面分别附上阳极材料和阴极材料，再进行密封处理，最后安装电极引线。此种方法称为“以电解质为支撑体的SOFC单电池制备方法”。电解质是SOFC发电的核心部件，从而电解质的各项技术指标决定了SOFC整体发电的性能和指标。制备高质量的高温陶瓷电解质是一项重要环节。制备厚度0.5mm以下的电解质所需的电解质制备粉料用量很少，很难掌握制备粉料用量。在模具腔内电解质制备粉料也很难摊平。无法控制电解质粉料平整的均匀分布，干压后导致电解质内部应力大，经过高温烧结不是破碎、开裂就是变形。电解质的制备方法是利用特种高温陶瓷的制作工艺，即干压法制作。干压法是由模具进行单轴方向对粉体施压，此方法具有方便快捷、用料省等优点。但是，传统干压法制备的电解质厚度都在0.5mm以上。制备0.5mm以下的电解质成品率非常低。再经过高温炉烧结后，大部分破碎、开裂或变形。电解质的成品率近似于零。这个难题一直困扰着SOFC实验室干压法制备电解质的工作进展。
技术介绍
的电解质制作所用的电解质模具如图1和图2所示。图1为模具主视图，图2为模具左视图。图1和图2中，1为母模模具，2为上公模模具，3为下公模模具，4为电解质腔体。该电解质模具的缺点如下：应用该电解质模具无法控制电解质粉料的厚度，难于制备厚度在0.5mm以下的电解质；更为重要的是若电解质上的一个微小裂痕，在高温的环境下，就会导致阳极燃料的泄漏。燃料泄漏会立刻引起燃料燃烧，导致SOFC整体报废。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，在现有技术基础上设计一种固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置，使模具精确控制电解质腔体的深度、进而减小并控制电解质的制备粉料的厚度，制备出厚度在0.5mm以下的电解质，并尽量避免烧结后的固体氧化物燃料电池电解质出现破碎、开裂或变形的现象。本专利技术的具体技术方案如下。一种固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置，结构包括电解质单轴模具，所述的电解质单轴模具，由圆筒形状的母模模具1、上公模模具2、下公模模具3组成；上公模模具2、下公模模具3均为圆柱和圆盘同轴构成的一个整体，其中的圆柱外径与母模模具1的内径相同，上公模模具2的圆柱下底面、下公模模具3的圆柱上底面与母模模具1内侧面围成的空间为电解质腔体4；其特征在于，结构还有电解质腔体深度驱动部分、电解质腔体深度控制部分；所述的电解质腔体深度驱动部分，由在母模模具1下底面安装的圆环形的气囊上板5、在下公模模具3圆盘上面安装的圆环形的气囊下板6、在气囊上板5和气囊下板6之间安装的环形气囊7、装有气泵进气口9和气泵放气阀门10的气泵8构成，气泵8与环形气囊7用乳胶软管连接；母模模具1、下公模模具3、气囊上板5、气囊下板6、环形气囊7能够同轴线安装；所述的电解质腔体深度控制部分，由电解质腔体深度传感器15和腔体深度数字显示器11构成，其中，电解质腔体深度传感器15安装在气囊上板5和气囊下板6之间，当气囊上板5和气囊下板6之间距离变化时，电解质腔体4的深度随之等距离变化，电解质腔体深度传感器15将气囊上板5和气囊下板6之间距离变化信息传递给腔体深度数字显示器11，腔体深度数字显示器11就能够显示电解质腔体4深度的改变量。所述的电解质腔体深度传感器15，为容栅式直线位移传感器，主要结构有动栅、定栅和测量电路。动栅和定栅之间的电容量随着电解质腔体4的深度改变而变化；测量电路中每组有8个分路动栅，每一路施加一个正弦电压，其初相位以π/4增量依次递增；输出的相位值通过测量电路转换为数字信号，再通过腔体深度数字显示器11显示四位数值。上述技术方案的电解质腔体深度驱动部分中，气泵8控制环形气囊7的进气或排气，驱动母模模具1上下移动，从而控制电解质腔体4的深度；电解质腔体深度控制部分的电解质腔体深度传感器15和腔体深度数字显示器11又使控制电解质腔体4的深度达到精准可控。为了控制电解质腔体的粉料均匀分布，使其上表面光滑平整，再加装粉体平整部分。装粉体平整部分的具体结构如下所述。本专利技术的固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置结构还有粉体平整部分；粉体平整部分由电解质平整支杆12、电解质平整旋纽13、电解质平整滑板14构成；电解质平整支杆12在母模模具1外侧垂直于气囊上板5安装；电解质平整滑板14为中间半圆形的长平板，长平板一端有圆环能套装在电解质平整支杆12的上端，圆环的侧面沿圆环半径方向开有洞，洞内的螺旋与电解质平整旋纽13的外螺旋配合，能使电解质平整旋纽13旋进旋出。本专利技术实验用的电解质平整滑板14，在母模模具1内直径为13mm(半径为6.5mm)时，电解质平整滑板14的半圆形凹面的半径可以为7～10mm。即电解质平整滑板14的半圆形凹面的半径与母模模具1内半径之比可以为7～10:6.5。本专利技术有益效果：1、减小并精确控制电解质的制备粉料的厚度：制得厚度0.5mm以下的电解质。减小电解质的厚度，缩短氧离子在电解质中传递的距离，解决了减小电解质的电阻值这个提高SOFC发电效率的关键问题。2、控制电解质腔体的粉料均匀分布，使其上表面光滑平整。电解质经干压法后，电解质内部应力分布均匀。再经高温炉烧结和保温处理后不破碎、不开裂、不变形。电解质具有更好的致密性和更高的机械强度。附图说明图1为
技术介绍
电解质制作模具的主视图；图2为
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电解质制作模具的左视图；图3为本专利技术SOFC电解质制备模具控制装置的主视图；图4为本专利技术SOFC电解质制备模具控制装置的左视图；图5为本专利技术电解质平整滑板正视图；图6为本专利技术电解质平整滑板俯视图；图7为本专利技术SDC电解质的SOFC单电池的横截面扫描电子显微镜图；图8为本专利技术SDC/ND电解质的SOFC单电池的横截面扫描电子显微镜图；图9为本专利技术制得的SDC电解质的不同工作温度下交流阻抗谱；图10为本专利技术制得的SDC/ND电解质的不同工作温度下交流阻抗谱。具体实施方式实施例1结合附图说明本专利技术的结构本专利技术的SOFC电解质制备模具控制装置的结构可分为四个部分：电解质单轴模具、电解质腔体深度驱动部分、电解质腔体深度控制部分和粉体平整部分。在图3和图4中，1为母模模具；2为上公模模具；3为下公模模具；4为电解质腔体；5为气囊上板；6为气囊下板；7为环形气囊；8为气泵；9为气泵进气口；10为气泵放气阀门；11为腔体深度数字显示器；12为电解质平整支杆；13为电解质平整固定旋纽；14为电解质平整滑板；15为电解质腔体深度传感器。所述的电解质单轴模具，与
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的电解质制作所用的电解质模具(如图1和图2所示)相同。由圆筒形状的母模模具1、上公模模具2、下公模模具3组成，上公模模具2、下公模模具3均为圆柱和圆盘同轴构成的一个整体，其纵剖面为T形，其中的圆柱外径与母模模具1的内径相同，上公模模具2的圆柱下底面、下公模模具3的圆柱上底面与母模模具1内侧面围成的空间为电解质腔体4(实验用的电解质腔体4直径，亦即母模模具1内直径，为13mm)。所述的电解质腔体深度驱动部分，由气囊上板5、气囊下板6、环形气囊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置，结构包括电解质单轴模具，所述的电解质单轴模具，由圆筒形状的母模模具(1)、上公模模具(2)、下公模模具(3)组成，上公模模具(2)、下公模模具(3)均为圆柱和圆盘同轴构成的一个整体，其中的圆柱外径与母模模具(1)的内径相同，上公模模具(2)的圆柱下底面、下公模模具(3)的圆柱上底面与母模模具(1)内侧面围成的空间为电解质腔体(4)；其特征在于，结构还有电解质腔体深度驱动部分、电解质腔体深度控制部分；所述的电解质腔体深度驱动部分，由在母模模具(1)下底面安装的圆环形的气囊上板(5)、在下公模模具(3)圆盘上面安装的圆环形的气囊下板(6)、在气囊上板(5)和气囊下板(6)之间安装的环形气囊(7)、装有气泵进气口(9)和气泵放气阀门(10)的气泵(8)构成，气泵(8)与环形气囊(7)用乳胶软管连接；母模模具(1)、下公模模具(3)、气囊上板(5)、气囊下板(6)、环形气囊(7)能够同轴线安装；所述的电解质腔体深度控制部分，由电解质腔体深度传感器(15)和腔体深度数字显示器(11)构成，其中，电解质腔体深度传感器(15)安装在气囊上板(5)和气囊下板(6)之间，当气囊上板(5)和气囊下板(6)之间距离变化时，电解质腔体(4)的深度随之等距离变化，电解质腔体深度传感器(15)将气囊上板(5)和气囊下板(6)之间距离变化信息传递给腔体深度数字显示器(11)，腔体深度数字显示器(11)能够显示电解质腔体(4)深度的改变量。...

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池电解质制备模具控制装置，结构包括电解质单轴模具，所述的电解质单轴模具，由圆筒形状的母模模具(1)、上公模模具(2)、下公模模具(3)组成，上公模模具(2)、下公模模具(3)均为圆柱和圆盘同轴构成的一个整体，其中的圆柱外径与母模模具(1)的内径相同，上公模模具(2)的圆柱下底面、下公模模具(3)的圆柱上底面与母模模具(1)内侧面围成的空间为电解质腔体(4)；其特征在于，结构还有电解质腔体深度驱动部分、电解质腔体深度控制部分；所述的电解质腔体深度驱动部分，由在母模模具(1)下底面安装的圆环形的气囊上板(5)、在下公模模具(3)圆盘上面安装的圆环形的气囊下板(6)、在气囊上板(5)和气囊下板(6)之间安装的环形气囊(7)、装有气泵进气口(9)和气泵放气阀门(10)的气泵(8)构成，气泵(8)与环形气囊(7)用乳胶软管连接；母模模具(1)、下公模模具(3)、气囊上板(5)、气囊下板(6)、环形气囊(7)能够同轴线安装；所述的电解质腔体深度控制部分，由电解质腔体深度传感器(15)和腔体深度数字显示器(11)构成，其中，电解质腔体深度传感器(15)安装在气囊上板(5)和气囊下板(6)之间，当气囊上板(5)和气囊下板(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红东，裴凯，刘钧松，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22