一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法，所述膜电极由氢电极层、电解池层、隔层、氧电极层组成，膜电极制备过程包括：氢电极层浆料制备、氢电极支撑体制备、电解质层制备、隔层制备及氧电极制备。制备的膜电极的氢电极含有指状孔结构，显著地提高了水蒸气和氢气的扩散过程，提高了电解池的性能。提高了电解池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池及电解池领域，具体涉及一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物电解池(Solid Oxide electrolysis Cell，简称SOEC)可在高温下将水蒸气电解为氢气和氧气，表观电效率可达到100％，目前被认为是最高效的电解制氢技术。
[0003]膜电极是SOEC的核心部件，其具有“三明治”结构，中间是致密的电解质层，两边为多孔的氢电极和氧电极。当膜电极用于高温电解水蒸气制取氢气应用时，在氢电极上发生水蒸气扩散、水分子解离为氢气和氧离子，氧离子体相扩散，氧离子通过氢电极/电解质界面注入到电解质等过程。对于传统流延、干压等方法制备的氢电极支撑型膜电极，氢电极的孔径多为亚微米级，孔隙率较低，导致水分子在氢电极上的传质过程较慢，在高的电解电流密度下出现明显的浓差极化，严重制约了SOEC的性能。而单一的增加氢电极的孔隙率或增加几十微米级的大孔，则会导致氢电极与电解质界面在高温烧制过程中结合不好，引入较大的界面电阻。<br/>
技术实现思路
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法，其特征在于：所述膜电极制备过程包括如下：(1)制备氢电极层浆料；(2)制备氢电极支撑体；(3)电解质层预烧制：将YSZ粉体与溶剂、粘结剂、分散剂、增塑剂混合研磨形成电解质浆料，将YSZ电解质浆料涂覆于预烧后的氢电极支撑体的一侧，然后在600～1000℃预烧2～10h，形成电解质预烧层；(4)电解质层致密化烧制：配置Y、Zr硝酸盐的混合液，Y∶Zr摩尔比＝0.1～0.25∶0.75～0.9，金属离子总浓度为0.5～3M，将硝酸盐混合液滴到电解质预烧层上，在80～120℃干燥后，在高温1200～1400℃下焙烧5～20h，得到致密的YSZ电解质薄膜；(5)制备隔层；(6)制备氧电极。2.根据权利要求1所述固体氧化物电解池膜电极的制备方法，其特征在于：(1)氢电极层浆料制备：将溶剂、粘结剂和分散剂混合搅拌10～100h，形成稳定的有机浆料，将粉体NiO、YSZ与有机浆料混合后研磨10～50h，形成稳定均匀的氢电极浆料，其中，溶剂为1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮，N，N
‑
二甲基甲酰胺中一种或几种，粘结剂为聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺中一种或几种，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中一种或几种，溶剂、粘结剂和分散剂三者质量比为100∶10～20∶2～6，有机浆料与氢电极粉体的质量比为40∶60～15∶85，NiO和YSZ粉体的质量比为50∶50～70∶30；(2)氢电极支撑体制备：将(1)制备的氢电极浆料涂覆到表面光滑的玻璃平板上，控制厚度为500～1500微米，将玻璃平板室温下浸泡于水、乙醇、乙二醇单一或混合凝固浴中静置固化10～60min后得到湿胚体，然后将湿的胚体在40～80℃干燥0.5～50h，将干燥的生胚在800～1300℃下预烧1～10h，得到氢电极支撑体，支撑体中含有指状孔，孔直径为20～100微米，孔隙率为40～70％。3.根据权利要求1或2所述一种固体氧化物电解池膜电极的制备方法，其特征在于：(3)电解质层预烧制中，溶剂为正丁醇、乙醇、松油醇中一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵哲，邵志刚，程谟杰，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：