一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料，其或其原料包括陶瓷粉料和有机溶剂，所述陶瓷粉料包括氧化钇稳定的氧化锆粉末和锰酸锶镧粉末，其中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(0.1～10)。通过优化陶瓷粉料的配比，改善了功能层的微观结构，提高了电极与电解质之间的化学相容性和热膨胀匹配性，改善了电解质到电极的过渡，使功能层微观结构中孔隙均匀，增加了单位体积内的三相界面区域，降低极化电阻，提高了电池性能。

A slurry for solid oxide fuel cell electrode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料及其制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料
，具体涉及一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，简称SOFC)是一种清洁、高效的高温发电装置，具有诸多优良性能，如燃料适应范围广、能量转化效率高、全固态结构不存在电解质漏液问题、易于模块化生产等。SOFC的主要组件包括电解质、阴极、阳极、连接体。其中电解质必须具备足够的离子电导率和可忽略的电子电导率以及足够的致密度，而电极则应具备足够的电子电导率和适当的孔隙率，且各组件和与其相接触的组件材料应具备良好的化学相容性和热膨胀匹配性，以免电池在运行时产生裂纹或破裂。电极极化是降低SOFC性能的主要因素。孔隙分布、相的连续性等都会影响电极性能，要提高电极的电化学活性，可以从增加电极三相界面(TPB)区域以及加强气相传输等方面来降低电极极化。电化学活性区域位于电极、电解质和空气的三相界面，只有在三相界面区域才能满足电化学反应对电子、离子与反应物传递的需要。当采用离子电导率较低的材料作为电极时，反应只能在电极与电解质的二维界面上发生；而电极材料具有一定的离子导电能力后，电化学反应的活性区域将从阴极与电解质的二维界面扩展至整个电极区域，因此，高催化活性的电极应同时具有电子和离子混合导电性。为获得具有混合导电性的电极，可将具有离子电导的第二相物质加入到电子电导材料中，使电极材料成为具有电子电导和离子电导的复合材料。在电极与电解质之间施以电极功能层是制备复合电极材料的有效方法，适宜的电极功能层能够提高电极与电解质之间的化学相容性和热膨胀匹配性，孔隙较多且分布均匀，能提供较多三相反应界面，从而降低电极极化，提高电池性能。电极功能层必须先将陶瓷粉料与溶剂制成具有一定流动性的浆料，然后经浸渍、涂刷或其他工艺，涂覆在电极表面成膜。因此，制备出能够与电极基体紧密结合的SOFC电极功能层浆料对于提高电池性能具有重要的意义。目前电极功能层的制备存在一些问题，如干燥或烧结过程中易出现分层、龟裂、粉料团聚等问题，烧结后孔隙不良，极化阻抗高，与电极基体相容性差等。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料，通过优化陶瓷粉料的配比，改善了功能层的微观结构，提高了电极与电解质之间的化学相容性和热膨胀匹配性，改善了电解质到电极的过渡，使功能层微观结构中孔隙均匀，增加了单位体积内的三相界面区域，降低极化电阻，提高了电池性能。本专利技术的目的之二在于提供一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的浆料的应用。为实现上述目的之一，本专利技术采用的技术方案如下：一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料，其或其原料包括陶瓷粉料和有机溶剂，所述陶瓷粉料包括氧化钇稳定的氧化锆粉末和锰酸锶镧粉末，其中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(0.1～10)。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(1～8)。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(1.6～6)。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(1.8～6)。根据本专利技术，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比可列举为1:0.1、1:1、1:1.5、1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5、1:10以及它们之间的任意值。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末的粒度为0.1μm～10μm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末的粒度为0.1μm～5.0μm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末的粒度为0.1μm～1.0μm。根据本专利技术，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末的粒度可列举为0.1μm、0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm、8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10.0μm以及它们之间的任意值。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述锰酸锶镧粉末的粒度为0.1μm～20μm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述锰酸锶镧粉末的粒度为1μm～10μm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述锰酸锶镧粉末的粒度为1μm～5μm。根据本专利技术，所述锰酸锶镧粉末的粒度可列举为0.1μm、0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、2.5μm、3.0μm、3.5μm、4.0μm、4.5μm、5.0μm、5.5μm、6.0μm、6.5μm、7.0μm、7.5μm、8.0μm、8.5μm、9.0μm、9.5μm、10.0μm、12.0μm、14.0μm、16.0μm、18.0μm、20.0μm以及它们之间的任意值。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂选自C1～C15的醇中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂选自C1～C10的醇中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂包括C1～C5的醇和C6～C10的醇。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂包括异丙醇和松油醇。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机溶剂包括：松油醇60wt％～80wt％，异丙醇40wt％～20wt％。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述陶瓷粉料与所述有机溶剂的质量比为(0.5～1.5):1。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述陶瓷粉料与所述有机溶剂的质量比(0.8～1.2):1。根据本专利技术，所述陶瓷粉料与所述有机溶剂的质量比可列举为0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1以及它们之间的任意值。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述浆料还包括粘结剂，所述粘结剂选自硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸混合纤维素、醋酸铬酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、卞基纤维素、烃乙基纤维素和轻甲基纤维素中的至少一种。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述粘结剂为乙基纤维素。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述粘结剂与所述有机溶剂的质量比为(1～20):100。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述粘结剂与所述有机溶剂的质量比为(2～10):100。在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料，其包括陶瓷粉料和有机溶剂，所述陶瓷粉料包括氧化钇稳定的氧化锆粉末和锰酸锶镧粉末，其中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(0.1～10)，优选为1:(1～8)，更优选为1:(1.6～6)，进一步优选为1:(1.8～6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于固体氧化物燃料电池电极的浆料，其包括陶瓷粉料和有机溶剂，所述陶瓷粉料包括氧化钇稳定的氧化锆粉末和锰酸锶镧粉末，其中，所述氧化钇稳定的氧化锆粉末与所述锰酸锶镧粉末的质量比为1:(0.1～10)，优选为1:(1～8)，更优选为1:(1.6～6)，进一步优选为1:(1.8～6)。


2.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于，
所述氧化钇稳定的氧化锆粉末的粒度为0.1μm～10μm，优选为0.1μm～5.0μm，更优选为0.1μm～1.0μm；和/或
所述锰酸锶镧粉末的粒度为0.1μm～20μm，优选为1μm～10μm，更优选为1μm～5μm。


3.根据权利要求1或2所述的浆料，其特征在于，所述有机溶剂选自C1～C15的醇中的至少一种，优选为C1～C10的醇中的至少一种，更优选为包括C1～C5的醇和C6～C10的醇，进一步优选为包括异丙醇和松油醇，
最优选地，所述有机溶剂包括：
松油醇60wt％～80wt％，
异丙醇40wt％～20wt％。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的浆料，其特征在于，所述陶瓷粉料与所述有机溶剂的质量比为(0.5～1.5):1，优选为(0.8～1.2):1。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的浆料，其特征在于，所述浆料还包括粘结剂，所述粘结剂选自硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸混合纤维素、醋酸铬酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、卞基纤维素、烃乙基纤维素和轻甲基纤维素中的至少一种，优选为乙基纤维素；更优选地，所述粘结剂与所述有机溶剂的质量比为(1～20):100，优选为(2～10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇琼，杨志宾，由晓彬，常杰善，周卫华，雷泽，
申请(专利权)人：神华新能源有限责任公司，中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11