抗碳沉积阳极膜材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及抗碳沉积阳极膜材及其制备方法，属于平板型固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）领域。该制备方法以流延法为基础，首先流延加入有机造孔剂的氧化锆和氧化镍浆料并烧结得到大面积阳极支撑体膜材；将氧化铜和氧化铈粉体混合均匀，制得浆料后丝网印刷在阳极支撑体表面，高温烧结该催化层后制得抗碳沉积阳极膜材。该方法工艺简单、成本低廉、适合工业化生产，制得的阳极膜材具有良好的抗碳沉积性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于平板型固体氧化物燃料电池(S0FC)领域。技术背景作为一种清洁高效的绿色能源，固体氧化物燃料电池(S0FC)以其全固态 组件，无腐蚀、无泄漏，高温运行，燃料适用性强，便于热电联用(效率可高 达70 80%)等优点，引起了世界各国的广泛关注，成为当今新能源研究领域 的重点和热点。与其他结构的固体氧化物燃料电池相比，平板型固体氧化物燃 料电池能量密度高，内阻损失小；电池组结构灵活，气体流通方式多；组元分 开制备，工艺简便、多样，质量容易控制。阳极支撑平板型固体氧化物燃料电 池是近年的研究热点，通常将阳极支撑体和电解质膜进行共烧结，再丝网印刷 并烧结阴极后，得到单电池膜片。固体氧化物燃料电池的最大优点是效率高，燃料适应性强，可直接使用碳 氢化合物作为燃料。但传统的Ni/YSZ (钇稳定氧化锆)阳极材料在直接使用碳 氢化合物燃料时会导致阳极碳沉积并由此带来电极性能退化，因此研究适合碳 氢化合物燃料的新型阳极材料成为固体氧化物燃料电池实用化过程中的难题。近年来，有人研究了钙钛矿结构的新型阳极材料，并用于碳氢化合物燃料， 取得了一定进展，但该体系阳极材料电导率低，不利于实用化。有人以湿法浸 渍并低温灼烧的方法制得了 Cu/Ce02体系阳极材料，使用碳氢化合物燃料得到了 长期稳定的电流输出，但该方法制备大面积多孔基体支撑的电解质致密膜较困 难，且制备阳极时需要多次浸渍、灼烧，工序繁多，成本高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术以流延法为基础，在制得的阳极支撑体膜材 上丝网印刷并烧结阳极催化层，从而制备抗碳沉积阳极膜材。该方法工艺简单、 成本低廉，且易实现大面积生产。本专利技术包括配料、球磨、除气、流延、排塑、烧结、涂覆和热处理过程， 包括下述步骤(1) 将氧化镍粉体、氧化锆粉体和冇机溶剂、造孔剂配制成浆料；(2) 球磨混合浆料，除气，将浆料流延成型制成流延素坯膜；(3) 流延素坯膜排塑后高温烧结制得阳极支撑体；(4) 将催化剂粉体加入溶剂配制成涂覆浆料；将涂覆桨料涂覆到阳极支撑 体表面制得复合阳极膜材；(5) 将制得复合阳极膜材进行热处理。优选的排塑条件为450 600°C，升温速度为0.5 rC/分。优选的高温烧 结条件为1350 1500。C下烧结2 10小时。优选的热处理条件为700 1200°C 下烧结2 5小时。优选的流延成型条件是刀高1.0 1.8mm，并在室温下干燥 15 30小时。选择的催化剂粉体为氧化铜和氧化铈或者是氧化铝、氧化锆、氧化钌中的 至少一种再加上氧化铜和氧化铈。在于上述步骤(1)的浆料中还可以加入分散剂、粘结剂和增塑剂。 在本专利技术的实施例中，以草酸铵为造孔剂； 以乙醇(ETOH)和丁酮(MEK)为溶剂， 以三乙醇胺(TEA)为分散剂， 以聚乙烯醇縮丁醛(PVB)为粘结剂，以邻苯二甲酸二丁酯(DOP)和聚乙二醇(PEG)为增塑剂。 浆料中各组分的质量百分比具体组成为阳极浆料阳极粉体17. 5 —30，造孔剂20 — 32. 5， ET0H12-15， MEK24-30， TEA1-L8， PVB3-8， D0P2-5, PEG2-5，针对不同的粉料，可采取不同的配比方 式，涂覆溶剂为加入乙基纤维素的松油醇。本专利技术制得的多孔氧化钇稳定的氧化锆阳极材料中复合了催化剂层，即催 化剂材料复合于多孔氧化钇稳定的氧化锆材料中形成复合阳极膜材，且催化剂 材料可以是氧化铜和氧化铈或者是氧化铝、氧化锆、氧化钌中的至少一种再加 上氧化铜和氧化铈。本专利技术的优点在于(1) 流延法工艺简单、成本低廉，且易实现大面积生产；(2) 通过改变加入阳极浆料中造孔剂的含量，可以控制多孔阳极支撑 体的气孔率，有利于提高阳极的电化学性能；(3) 通过改变加入阳极浆料中造孔剂的种类和颗粒大小，可以改变气 孔大小和形状，有助于改善阳极微观结构，降低极化电阻；(4) 通过改变涂覆浆料的组成和次数，可以改变阳极催化层厚度及其 中Cu和Ce02的质量比，有助于改进阳极抗碳沉积能力和电化学性能。附图说明1. 图1是按实施例3制备的平板式S0FC的SEM断面图，从左至右的四层 依次为阳极催化层，阳极支撑层，电解质层，阴极层。2. 图2是按实施例3制备的平板式S0FC在80CTC以乙醇为燃料时0. 6V下 的60小时放电曲线图，燃料气体流量为25ml/min，氧化气体(02)流量为 25ml/min。具体实施方案为了更清楚地理解本专利技术，以下结合具体实施方案来说明本专利技术实质性地 进展和显著的进步，给出专利技术人的应用实例以对本专利技术作进一步的说明，但不 仅局限于实施例。实施例1制备大面积抗碳沉积Cu-Ce02/NiO-YSZ复合阳极膜材取YSZ (8mol。/。Y203稳定的Zr02 ) 25g，氧化镍25g，草酸铵20g， ET0H24g， MEK48g， TEA3. 5g，氧化锆磨球180g，加入聚四氟乙烯球磨罐中，在行星球磨机 上球磨1小时；向上述浆料中加入PVB10g， D0P4. 7g， PEG4. 7g，继续球磨1小 时，得到阳极支撑体浆料。将阳极支撑体浆料抽真空2分钟，在流延机上以刀高1. 7mm流延成型，室 温下干燥20小时后脱膜。将阳极素坯膜升温至60(TC排胶并去除造孔剂，升温速度为0.5。C/分，保 温2小时，然后升温至140(TC烧结4小时，升温速度为2TV分。制得多孔阳极 支撑膜。取氧化铜1.25g，氧化铈lg，在玛瑙研钵中混合均匀后，加入5%乙基纤维 素的松油醇溶液2.0g，研磨均匀后，丝网印刷到阳极支撑体表面；将丝网印刷阳极催化层后的复合阳极膜材于IOO(TC下灼烧2小时，烧结阳 极催化层，制得大面积抗碳沉积Cu-Ce(VNiO-YSZ复合阳极膜材。实施例2制备大面积阳极支撑型致密ScSZ膜取YSZ25g， Ni025g，草酸铵20g， ET0H24g， MEK48g， TEA3. 5g，氧化锆磨 球180g，加入聚四氟乙烯球磨罐中，在行星球磨机上球磨1小时；向上述浆料 中加入PVB10g， D0P4. 7g， PEG4. 7g，继续球磨1小时，得到阳极浆料。取ScSZ (8moP/。Sc2()3稳定的Zr02) 20g， ET0H6g， MEK12g， TEAO. 6g，氧化锆磨球50g， 加入聚四氟乙烯球磨罐中，在行星球磨机上球磨1小时；向上述浆料中加入 PVB1.0g， DOP1.5g， PEG1.5g，继续球磨1小时，得到电解质浆料。将电解质浆料抽真空2分钟后，在流延机上以刀高250um流延成型，室温 干燥2小时；将阳极浆料抽真空2分钟，在电解质膜上以刀高1. 7mm流延成型， 室温下干燥20小时后脱膜。将复合膜升温至60(TC排胶，升温速度为0.5。C/分，保温2小时，然后升 温至140(TC烧结4小时，使电解质致密化，升温速度为2TV分。取氧化铜1.25g，氧化铈lg，在玛瑙研钵中混合均匀后，加入加入5%乙基 纤维素的松油醇溶液2.0g，研磨均匀后，丝网印刷到阳极支撑体表面；将丝网印刷阳极催化层后的复合膜材于IOO(TC下灼烧2小时，烧结阳极催 化层，制得大面积阳极支撑型致密ScSZ膜。实施例3制备Cu-Ce02/NiO-YSZ/ScSZ/Pr。.7Ca。.3Mn03 (P本文档来自技高网...

【技术保护点】
抗碳沉积阳极膜材，其特征在于多孔氧化钇稳定的氧化锆阳极材料中复合了催化剂材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晓峰，王绍荣，王振荣，钱继勤，曹佳弟，温廷琏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]