一种高温氧化物离子导体电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高温氧化物离子导体电池及其制备方法。所述方法包括以下步骤：(1)将阳极粉体与粘结剂和溶剂混合练泥制备成坯体，用膜包裹所述坯体，静置，用模具进行挤压，得到阳极支撑体；将第一粘结剂溶液、分散剂溶液以及电解质混合，得到电解质浆料；(2)将步骤(1)所述阳极支撑体预烧结后，将步骤(1)所述电解质浆料涂覆在预烧后的阳极支撑体表面，将涂覆后的阳极支撑体悬吊于耐火材料上或者平置与由同种氧化物离子导体材料制备的平板式衬体上，两阶段加热后降温，得到半电池，涂覆阴极材料并烧结阴极涂层，得到所述高温氧化物离子导体电池。本发明专利技术提供的制备方法可用于制备大面积管式或者平板式高温氧化物离子导体电池。积管式或者平板式高温氧化物离子导体电池。积管式或者平板式高温氧化物离子导体电池。

【技术实现步骤摘要】
一种高温氧化物离子导体电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池领域，涉及一种高温氧化物离子导体电池及其制备方法，尤其涉及一种平板式或管式高温氧化物离子导体电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前欧洲多国、中国等的车企陆续颁布2030年停售燃油车计划。开发新能源车载电池技术势在必行。目前车载新能源电池技术主要为动力锂电池和低温氧化物离子膜燃料电池两种。前者在技术成熟度上有优势，但是存在充电时间长，液态电解质的安全性问题，及续航里程达不到预期的瓶颈。
[0003]低温(工作温度约为25
‑
150℃)有机氧化物离子膜燃料电池技术可以直接利用氢气发电，产物是水，有效解决充电时间，安全性和续航里程问题，但是因为低温热力学及动力学上的限制，该技术使用的催化剂目前主要依赖铂金等贵金属，同时对氢气纯度要求极高(99.999％)，少量如几十到几百ppm一氧化碳杂质即可毒化铂金催化剂带来性能的衰减。
[0004]高温(工作温度约为450
‑
850℃)氧化物离子导体电池，在近十年来迅速引起人们的关注。高温氧化物离子导体电池相比低温有机氧化物离子膜燃料电池技术,具有更高的燃料灵活性和更高的抗CO毒化能力。同时无需使用贵金属。高温氧化物离子导体电池的可逆应用为高温氧化物离子导体电解池，可用来电解水制备干纯氢。
[0005]虽然高温氧化物离子导体电池及可逆应用具有诸多优点，制备大面积高温氧化物离子导体电池工艺要求难度较大。
[0006]CN111416138A公开了一种氧化物离子导体电池及其制备方法，所述氧化物离子导体电池的制备方法，利用现有的化合物添加烧结助剂、分散剂、溶剂、增塑剂和粘结剂制成电解质浆料，在电解质浆料中添加造孔剂制成电极侧浆料，之后流延成型或流延
‑
叠压成型，得到生坯，之后进行烧结，生坯内进行原位固相反应，生成BaZr
x
Ce1‑
x
‑
y
M
y
O3‑
δ
，之后进行采用浸渍制备阳极层，采用浸渍法或浆料涂覆法制备阴极层。
[0007]CN111819721A公开了氧化物离子导体电池及其制造方法。其制备方法包括：在由BaZr
x
Ce1‑
x
‑
z
Y
z
O3(x＝0.1～0.8，z＝0.1～0.25，x+z≤1.0)构成的电解质与阴极之间，形成膜厚在1～100nm的范围的薄膜；所述薄膜由电子传导性氧化物构成。电子传导性氧化物的薄膜通过溅射法或溶胶
‑
凝胶法形成。
[0008]但是上述方法均不适宜进行大面积生产。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高温氧化物离子导体电池及其制备方法。本专利技术提供的制备方法适用于制备大面积管式或平板式高温氧化物离子导体电池。所高温氧化物离子导体电池是指工作温度在450
‑
850℃的氧化物离子导体电池。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种高温氧化物离子导体电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0012](1)将阳极粉体制备成坯体，用膜包裹所述坯体，静置，用模具进行挤压，得到挤出阳极支撑体；将第一粘结剂溶液、分散剂溶液以及电解质混合，得到电解质浆料；
[0013](2)将步骤(1)所述阳极支撑体预烧结后，将步骤(1)所述电解质浆料涂覆在预烧后的阳极支撑体表面，对涂覆后的阳极支撑体进行两阶段加热后降温，得到半电池，涂覆阴极材料并烧结阴极涂层，得到所述高温氧化物离子导体电池。
[0014]本专利技术提供的制备方法中，因为挤出法可以连续挤出较长的胚体，并且不易形变，固相含量相对比较高，比起其它方法如冷等静压方法，注浆法，相转化法更加高效，所以适于进行大面积产业化生产。
[0015]本专利技术中，用膜包裹坯体并进行静置的作用在于使水分尽可能均匀分散到混合胚体中同时使粘结剂得到充分的润湿并与固相粉体达到更好的粘结强度。
[0016]本专利技术中，制成坯体的方法可以为将含造孔剂阳极粉体与粘结剂和溶剂混合制备练泥制备成坯体。
[0017]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述阳极粉体包括氧化镍和氧化物离子导体材料。
[0019]优选地，所述氧化物离子导体材料包括钇掺杂的铈酸钡、钇
‑
锆掺杂铈酸钡或钇
‑
锆
‑
镱掺杂铈酸钡中的任意一种或至少两种的组合。
[0020]其中，钇
‑
锆
‑
镱掺杂铈酸钡可以采取直接混合BaCO3，CeO2，ZrO2，Y2O3和Yb2O3并添加到氧化镍，或者先在1300℃预烧2个小时再添加到氧化镍。
[0021]优选地，以所述氧化镍和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，氧化镍的质量分数为60
‑
70％，例如60％、62％、65％、68％或70％等，氧化物离子导体材料的质量分数为30
‑
40％，例如30％、33％、35％、37％或40％等。
[0022]优选地，步骤(1)所述阳极粉体还包括造孔剂和第二粘结剂。本专利技术中，在阳极粉体中使用造孔剂的目的在于增加孔隙率，便于气体扩散。
[0023]优选地，所述造孔剂包括玉米淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯或石墨中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，以氧化镍和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，所述造孔剂的质量分数为18
‑
22％，例如18％、19％、20％、21％或22％等。
[0025]优选地，所述第二粘结剂包括水溶性有机分子。
[0026]优选地，所述水溶性有机分子包括甲基纤维素。
[0027]优选地，以NiO和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，所述第二粘结剂的质量分数为2
‑
8％，例如2％、3％、4％、5％或8％等。
[0028]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述将阳极粉体制备成坯体的方法包括：向阳极粉体中加入溶剂混合，并用练泥机制备成坯体。
[0029]优选地，所述溶剂包括水。本专利技术中的水可以为去离子水或蒸馏水。
[0030]优选地，步骤(1)所述膜包括铝箔。
[0031]优选地，步骤(1)所述静置的时间为20
‑
28h，例如20h、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h或28h等。
[0032]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述模具为圆管型模具。本专利技术中，使用圆管型模具的好处在于增加烧结体的相对机械强度，且便于密封。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温氧化物离子导体电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将阳极粉体制备成坯体，用膜包裹所述坯体，静置，用模具进行挤压，得到挤出阳极支撑体；将第一粘结剂溶液、分散剂溶液以及电解质混合，得到电解质浆料；(2)将步骤(1)所述阳极支撑体预烧结后，将步骤(1)所述电解质浆料涂覆在预烧后的阳极支撑体表面，对涂覆后的阳极支撑体进行两阶段加热后降温，得到半电池，涂覆阴极材料并烧结阴极涂层，得到所述高温氧化物离子导体电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述阳极粉体包括氧化镍和氧化物离子导体材料；优选地，所述氧化物离子导体材料包括钇掺杂的铈酸钡、钇
‑
锆掺杂铈酸钡或钇
‑
锆
‑
镱掺杂铈酸钡中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述氧化镍和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，氧化镍的质量分数为60
‑
70％，氧化物离子导体材料的质量分数为30
‑
40％；优选地，步骤(1)所述阳极粉体中还包括造孔剂和第二粘结剂；优选地，所述造孔剂包括玉米淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯或石墨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以氧化镍和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，所述造孔剂的质量分数为0
‑
30％且不包括0；优选地，所述第二粘结剂包括水溶性有机分子；优选地，所述水溶性有机分子包括甲基纤维素，聚乙烯醇；优选地，以NiO和氧化物离子导体材料的总质量为100％计，所述第二粘结剂的质量分数为2
‑
8％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述将阳极粉体制备成坯体的方法包括：向阳极粉体中加入溶剂混合，并用练泥机制备成坯体；优选地，所述溶剂包括水；优选地，步骤(1)所述膜包括铝箔；优选地，步骤(1)所述静置的时间为20
‑
28h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述模具为圆管型模具；优选地，步骤(1)还包括对所述阳极支撑体进行干燥；优选地，所述干燥的方法包括将所述阳极支撑体放置室外并用干燥箱烘干。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一粘结剂溶液、分散剂溶液以及电解质的质量比为5:(0.8
‑
1.2):(1.5
‑
2.5)；优选地，所述第一粘结剂包括乙基纤维素、贺力氏V
‑
006或聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一粘结剂溶液的溶剂包括松油醇，溶液中溶质的质量分数为3
‑
7％；优选地，所述分散剂包括活性含量聚合物分散剂Solsperse 28000、聚乙二醇或鱼油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述分散剂溶液的溶剂包括松油醇，溶液中溶质的质量分数为15
‑
25％；优选地，所述电解质包括钇
‑
锆
‑
镱掺杂铈酸钡。
6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述阳极支撑体在预烧前，先进行加热脱除造孔剂；优选地...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱良柱，
申请(专利权)人：湖北赛傲氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：