一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法技术

一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法，属于燃料电池技术领域。以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括以电解质层为基体，在电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品，在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧。此制备方法通过以电解质层为基体，在电解质层或多孔电解质层表面设置沟脊模型使使第一电极和/或第二电极具有多个沟脊，用于释放第一电极和/或第二电极内部应力，从而减小由于应力产生的形变，防止电极与电解质层脱离，同时引导电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成。以电解质层为基体的燃料电池的制备方法简单，成品率高。

A fuel cell based on electrolyte layer and its preparation method

The invention relates to a fuel cell based on an electrolyte layer and a preparation method thereof, belonging to the technical field of fuel cells. The preparation method of fuel cell based on electrolyte layer includes setting ridge model on one surface of electrolyte layer, coating the first electrode, separating ridge model, calcining semi-finished product, and optionally setting ridge model on another surface of electrolyte layer of semi-finished product, coating the second electrode, separating ridge model and calcining. The preparation method uses the electrolyte layer as the matrix, and sets the ridge model on the surface of the electrolyte layer or porous electrolyte layer to make the first and/or second electrodes have multiple ridges to release the internal stress of the first and/or second electrodes, thereby reducing the deformation caused by the stress, preventing the separation of the electrodes from the electrolyte layer, and guiding the shrinkage cracks of the electrodes during cooling and contraction. It is formed along multiple ridges. The preparation method of fuel cell based on electrolyte layer is simple and the yield is high.

【技术实现步骤摘要】
一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法
本申请涉及燃料电池
，具体而言，涉及一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法。
技术介绍
固态燃料电池工作温度比熔融碳酸盐燃料电池的温度还要高，其工作温度一般位于500～1000℃。其单体电池是由正负两个电极(负极为燃料电极，正极为氧化剂电极)以及电解质组成。阳极、阴极的主要作用是提供电极反应活性位、导通电子和提供反应气体、产物气体的扩散通道。固体电解质将两侧的气体分隔开来，由于两侧氧分压的不同，产生了氧的化学位梯度，在该化学位梯度的作用下，在阴极获得电子的氧离子经固体电解质向阳极运动。在阳极，氢原子释放出电子形成氢离子并与氧离子结合生成水，燃料的化学能转变为电能输出。固体燃料电池由高温煅烧的方法制得。电极的热膨胀显著大于电解质层，电池在高温煅烧制备过程中，电极受热膨胀后容易从电解质层上脱离导致电池成品率较低。
技术实现思路
本申请提供一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法，缓解了电极在高温煅烧制备过程中，电极的变形率大于电解质层的变形率从而使电极与电解质层分离，导致电池性能下降、损坏或者降低电池的寿命，导致电池的成品率不高的问题。本申请第一方面提供一种以电解质层为基体的燃料的制备方法，其包括：以电解质层为基体，在电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧；当第一电极为阴极，第二电极为阳极；当第一电极为阳极，第二电极为阴极。在上述技术方案中，以电解质层作为基体，先在电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型后，第一电极留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧得到半成品，使第一电极与电解质层稳定连接；再在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型。电解质层的另一个表面设置有沟脊模型时，涂覆第二电极，分离沟脊模型后，第二电极留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧成型，使第二电极也与电解质层稳定连接。第一电极和第二电极分别是阳极和阴极或是阴极和阳极。第一电极和第二电极均留有的多个沟脊分别用于释放第一电极和第二电极内部应力，从而分别减小由于应力产生的形变，防止第一电极和第二电极与电解质层脱离，引导第一电极和第二电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成，防止第一电极和第二电极由于产生较多裂纹导致性能下降，降低燃料电池的使用寿命。电解质层的另一个表面没有设置有沟脊模型时，直接涂覆第二电极，煅烧成型，使第二电极也与电解质层稳定连接。第一电极留有的多个沟脊用于释放第一电极内部应力，从而减小第一电极由于应力产生的形变，防止第一电极与电解质层脱离，引导第一电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成，防止第一电极由于产生较多裂纹导致性能下降，降低燃料电池的使用寿命。同时减小整个燃料电池的内部应力，提高第二电极产生形变后与电解质层的适应性。在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在电解质层至少一个表面设置多孔电解质层，煅烧得到第一半成品；在第一半成品的多孔电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到第二半成品；在第二半成品的电解质层或多孔电解质层表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧。本实施例中，在第一电极与电解质层之间增加多孔电解质层，由于通过设置沟脊模型形成的具有多个沟脊的第一电极与电解质层的接触面积减小，可能会出现连接不牢固的问题，多孔电解质层能够通过其多孔结构分别增大其与第一电极和电解质层的接触面积，从而加强第一电极与电解质层的结合力，使设置有多个沟脊的第一电极与电解质层的连接更加牢固，不易脱离。以电解质层作为基体，在电解质层至少一个表面设置多孔电解质层，煅烧得到第一半成品，使电解质层与多孔电解质层稳定连接；再以第一半成品作为基体，在第一半成品的电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型后，第一电极上留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧得到第二半成品，使第一电极与多孔电解质层稳定连接，进而使第一电极与电解质层稳定连接。再在第二半成品的电解质层或多孔电解质层表面可选地设置沟脊模型，当多孔电解质层的另一个表面设置有沟脊模型时，涂覆第二电极，分离沟脊模型后，第二电极留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧成型，使第二电极也与多孔电解质层稳定连接，进而使第二电极与电解质层稳定连接。当电解质层表面没有设置沟脊模型时，涂覆第二电极，煅烧成型，使第二电极也与电解质层稳定连接。在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在电解质层至少一个表面设置多孔电解质层；在多孔电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；在半成品的电解质层或多孔电解质层另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧。本实施例中，以电解质层为基体，在电解质层至少一个表面设置多孔电解质层，然后在多孔电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型后，第一电极上留有沟脊模型分离后的多个沟脊，直接煅烧得到半成品，使第一电极通过多孔电解质层连接进而与电解质层稳定连接。在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括制备多孔电解质层：在原料中添加造孔剂后制成涂覆料，涂覆于电解质层表面。在本实施例中，多孔电解质由稀土掺杂的氧化铈或稀土掺杂氧化锆加入造孔剂后制成涂覆料，造孔剂能够使稀土掺杂的氧化铈或稀土掺杂氧化锆中产生孔洞结构，而且在烧制过程造孔剂能够在高温下被完全烧尽或完全分解为气体，从多孔电解质层中溢出。在前述第一方面的一些实施例中，涂覆料中造孔剂的质量含量为涂覆料中固相质量的10～30％。在本实施例中，造孔剂在高温下被完全烧尽或完全分解为气体，从多孔电解质层中溢出，造孔剂的含量决定多孔电解质多孔结构的大小，造孔剂的质量含量为10～30％制作的多孔电解质层结构稳定且具有多孔结构。在前述第一方面的一些实施例中，造孔剂包括石墨或淀粉。在本实施例中，石墨或淀粉在高温中能够被完全分解成气体，并且溢出，从而制造出多孔结构。在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括制备多孔电解质层：将原料制成涂覆料，涂覆于电解质层表面。在本实施例中，多孔电解质层还可以采用别的方法制备得到，即提高由稀土掺杂的氧化铈或稀土掺杂氧化锆制成的涂覆料中的胶黏剂的含量，通过胶黏剂煅烧后形成的多孔结构从而增加多孔电解质层与电解质层、第一电极和第二电极的界面结合力。在前述第一方面的一些实施例中，涂覆料中胶黏剂的质量含量为涂覆料中固相质量的10～30％。在本实施例中，高质量含量的胶黏剂烧结后能够在多孔电解质层中产生大量孔状结构，胶黏剂含量决定多孔电解质多孔结构的大小，胶黏剂的质量含量为10～30％制作的多孔电解质层结构稳定且具有多孔结构。在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括制备电解质层：采用流延的方法制备电解质层。在本实施例中，流延的方法能够获得高质量、超薄型、结构稳定致密的电解质层，适合做燃料电池的基体。本申请第二方面提供一种以电解质层为基体的燃料电池，根据上述以电解质层为基体的燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以电解质层为基体的燃料电池的制备方法，其特征在于，所述以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在所述电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；在所述半成品的所述电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧；当所述第一电极为阴极，所述第二电极为阳极；当所述第一电极为阳极，所述第二电极为阴极。

【技术特征摘要】
1.一种以电解质层为基体的燃料电池的制备方法，其特征在于，所述以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在所述电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；在所述半成品的所述电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧；当所述第一电极为阴极，所述第二电极为阳极；当所述第一电极为阳极，所述第二电极为阴极。2.根据权利要求1所述的以电解质层为基体的燃料电池的制备方法，其特征在于，所述以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在所述电解质层至少一个表面设置多孔电解质层，煅烧得到第一半成品；在所述第一半成品的所述多孔电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到第二半成品；在所述第二半成品的所述电解质层或所述多孔电解质层另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧。3.根据权利要求1所述的以电解质层为基体的燃料电池的制备方法，其特征在于，所述以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：以电解质层为基体，在所述电解质层至少一个表面设置多孔电解质层；在所述多孔电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；在所述半成品的所述电解质层或所述多孔电解质层另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第...

【专利技术属性】
技术研发人员：区定容，李致朋，
申请(专利权)人：深圳市致远动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44