固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池技术

本申请属于固体氧化物电解池的技术领域，尤其涉及固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池。本申请提供固体氧化物电解池的氧电极浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极粉体材料中，制得氧电极粉体；步骤2、将所述氧电极粉体、第二造孔剂和粘结剂混合，制得固体氧化物电解池的氧电极浆料。本申请提供了固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池，能有效解决现有SOEC的初始内阻大，其氧电极的阻抗增长快的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池
本申请属于固体氧化物电解池的
，尤其涉及固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池。
技术介绍
固体氧化物电解池(下称SOEC)是反向运行的固体氧化物燃料电池，通过外加电压、高温电解H2O，产生H2和O2，将电能和热能转化为化学能。SOEC的氧电极是氧气产生的场所，在高温和强氧化气氛下工作，氧电极材料应该满足以下要求：1、具有较高的电子电导率和一定的离子导电率；2、良好的析氧催化活性；3、与相邻部件材料的相容性和热膨胀系数匹配性；4、合适的孔隙率以有利于O2的扩散。氧电极材料是目前SOEC中材料研究中的一个热点领域，常用的氧电极材料是含有稀土元素钙钛矿结构(ABO3)氧化物材料，其代表是掺杂锰酸镧(LaMnO3)。其他研究的氧电极材料还有LSC(La0.8Sr0.2CoO3)、LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)、LSF(La0.8Sr0.2FeO3)、SSC(Sm0.5Sr0.5CoO3-δ)、BSCF(Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ)等。LSCF作为一种电子、离子混合导体材料，主要优势在于它释放氧离子的位置并不局限于氧电极/电解质界面，而是在氧电极整个表面都能实现，因此能够大大降低电极中的活化过电势。但是，LSCF的热膨胀系数偏大(15～17ppm/K，电解池其他部件在10.5～12.5ppm/K)，可能会引起电解池在运行或热循环的过程中，电极材料LSCF会与电解质材料YSZ发生分离，且在电解条件下运行，氧电极/电解质界面的高氧分压会引起氧电极分层，这些因素会导致电堆衰减或失效。因此目前也常用LSCF-GDC复合材料来弥补LSCF的不足。但是，GDC的引入虽然可以提高氧电极的氧离子电导率，但性能的提升通常是在较低的运行温度下才能体现，如600～650℃。另一方面GDC的加入也可能会降低LSCF表面的活性位点数量，在常规的电解池运行温度下(700～750℃)，LSCF-GDC复合的方式并不能有效降低SOEC的初始内阻。综上所述，目前基于LSCF-GDC复合氧电极材料的SOEC具有初始内阻大，其氧电极的阻抗增长快的技术问题。因此，研发一种初始内阻小，氧电极的阻抗增长慢的SOEC是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了固体氧化物电解池的氧电极浆料及其制备方法、固体氧化物电解池，能有效解决现有SOEC的初始内阻大，其氧电极的阻抗增长快的技术缺陷。本申请第一方面提供固体氧化物电解池的氧电极浆料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极粉体材料中，制得氧电极粉体；步骤2、将所述氧电极粉体、第二造孔剂和粘结剂混合，制得固体氧化物电解池的氧电极浆料。作为优选，步骤2中，所述第二造孔剂选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯、石墨和淀粉中的一种或多种；所述聚苯乙烯微球的粒径为0.5-2μm；所述聚甲基丙烯酸甲酯、所述石墨和所述淀粉的尺寸为0.5-2μm；所述第二造孔剂的添加量为所述氧电极粉体质量的5％～30％。更优选的，步骤2中，所述第二造孔剂选自聚苯乙烯微球；所述聚苯乙烯微球的粒径为0.5-2μm。优选的，所述聚苯乙烯微球的粒径为0.5-1μm，采用粒径小的聚苯乙烯微球能提高氧电极的孔隙率，使得氧电极的孔隙分布更均匀，氧电极的孔隙利于氧电极反应中生成氧气的传输，降低氧电极/电解质界面处的压力，避免氧电极与电解质之间产生剥离。作为优选，步骤2中，所述粘结剂选自聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯醇、乙基纤维素的松油醇溶液中一种或多种；所述粘结剂的添加量为所述氧电极粉体质量的20％～50％。更优选的，步骤2中，所述粘结剂选自乙基纤维素的松油醇，所述乙基纤维素的松油醇的质量百分比为5％～15％。作为优选，步骤1中，所述氧电极粉体材料选自掺杂锰酸镧、LSC、LSCF、LSF、SSC和BSCF中的一种或多种。作为优选，步骤1中，所述金属氧化物纳米颗粒选自中的GDC、SDC、TiO2、Bi2O3、Fe2O3、ZrO2、SrTiO3和LaTiO3一种或多种；所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为1～100nm，所述金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极材料粉体的方法为浸渍、涂覆、物理共混或气相沉积中的一种；所述金属氧化物纳米颗粒的负载量为2～8wt％。更优选的，步骤1中，所述金属氧化物纳米颗粒选自Bi2O3。本申请第二方面提供固体氧化物电解池的氧电极浆料，包括所述制备方法制得的固体氧化物电解池的氧电极浆料。本申请第三方面提供固体氧化物电解池，包括所述制备方法制得的固体氧化物电解池的氧电极浆料或所述固体氧化物电解池的氧电极浆料、电解质、固体氧化物电解池的氢电极和氢电极支撑体；所述固体氧化物电解池的氢电极设置在所述氢电极支撑体上，制得氢电极功能层；所述电解质设置在所述氢电极功能上，制得电解质层；所述固体氧化物电解池的氧电极浆料设置在所述电解质层上，制得固体氧化物电解池。本申请第四方面提供固体氧化物电解池的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将NiO、氧化钇稳定氧化锆和第一造孔剂混合，得到第一混合物，将所述第一混合物设置至氢电极支撑体的表面，烘干后预烧结，得到氢电极；其中，所述NiO与所述氧化钇稳定氧化锆的质量比为(0.6～2.3):1；步骤二、将固体氧化物电解池的电解质材料与粘结剂混合，得到第二混合物，将所述第二混合物置于所述固体氧化物电解池的氢电极上，然后，依次进行烘干和烧结处理，制得烧结产物；步骤三、将金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极粉体材料中，制得氧电极粉体；步骤四、将所述氧电极粉体、第二造孔剂和粘结剂混合，制得固体氧化物电解池的氧电极浆料，将所述固体氧化物电解池的氧电极浆料置于所述烧结产物的第二混合物侧上，然后，依次进行烘干和烧结处理，制得固体氧化物电解池。作为优选，步骤三中，所述金属氧化物纳米颗粒选自中的GDC、SDC、TiO2、Bi2O3、Fe2O3、ZrO2、SrTiO3和LaTiO3一种或多种；所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为1～100nm，所述金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极材料粉体的方法为浸渍、涂覆、物理共混或气相沉积中的一种；所述金属氧化物纳米颗粒的负载量为2～8wt％。作为优选，步骤四中，所述第二造孔剂选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯、石墨和淀粉中的一种或多种；所述聚苯乙烯微球的粒径为0.5-2μm；所述聚甲基丙烯酸甲酯、所述石墨和所述淀粉的尺寸为0.5-2μm；所述第二造孔剂的添加量为所述氧电极粉体质量的5％～30％。作为优选，所述氢电极支撑体选自NiO氧化钇稳定氧化锆支撑体或NiO氧化钇支撑体中的一种。作为优选，所述NiO-氧化钇稳定氧化锆支撑体的制备方法包括：将NiO、氧化钇稳定氧化锆与第一造孔剂混合，制得第一混合物；将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.固体氧化物电解池的氧电极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、将金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极粉体材料中，制得氧电极粉体；/n步骤2、将所述氧电极粉体、第二造孔剂和粘结剂混合，制得固体氧化物电解池的氧电极浆料。/n

【技术特征摘要】
1.固体氧化物电解池的氧电极浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极粉体材料中，制得氧电极粉体；
步骤2、将所述氧电极粉体、第二造孔剂和粘结剂混合，制得固体氧化物电解池的氧电极浆料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述第二造孔剂选自聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯、石墨和淀粉中的一种或多种；所述聚苯乙烯微球的粒径为0.5-2μm；所述聚甲基丙烯酸甲酯、所述石墨和所述淀粉的尺寸为0.5-2μm；所述第二造孔剂的添加量为所述氧电极粉体质量的5％～30％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述粘结剂选自聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯醇、乙基纤维素的松油醇溶液中一种或多种；所述粘结剂的添加量为所述氧电极粉体质量的20％～50％。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氧电极粉体材料选自掺杂锰酸镧、LSC、LSCF、LSF、SSC和BSCF中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述金属氧化物纳米颗粒选自中的GDC、SDC、TiO2、Bi2O3、Fe2O3、ZrO2、SrTiO3和LaTiO3一种或多种；所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为1～100nm，所述金属氧化物纳米颗粒负载在氧电极材料粉体的方法为浸渍、涂覆、物理共混或气相沉积中的一种；所述金属氧化物纳米颗粒的负载量为2～8wt％。


6.固体氧化物电解池的氧电极浆料，其特征在于，包括如权利要求1～5任意一项所述的制备方法制得的固体氧化物电解池的氧电极浆料。


7.固体氧化物电解池，其特征在于，包括如权利要求1至5任意一项所述的制备方法制得的固体氧化物电解池的氧电极浆料或权利要求6所述的固体氧化物电解池的氧电极浆料、电解质、固体氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡帆，杨波，黄旭锐，潘军，徐钦，张行，何彬彬，于丰源，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44