一种制备固体氧化物燃料电池的方法技术

一种制备固体氧化物燃料电池的方法，制备过程包括如下工艺步骤： 用相转化法制备电解质基底；用等体积浸渍－加温分解法制备阳极－电解质结构体；用浆料印刷或乳胶沉积制备复合阴极；最后烧结成型；其中： （１）将聚合物溶解在有机溶剂中，加入分散剂，增塑剂制成聚合物溶液，溶液中的聚合物含量为５～３０％，分散剂和增塑剂的含量都为１～３％；向其中加入陶瓷电解质粉体，充分搅匀成混悬态聚合物浆料，聚合物浆料中，电解质粉体与聚合物的重量比为５～２０∶１；浆料入模具成型，固化制得电解质基体原体；晾干，４００～６００℃／１～３ｈ，烧除有机物；１２００～１５００℃／４～２４ｈ，烧结成型，制得一面为致密薄层、另一面为多孔结构的非对称结构电解质基底； （２）在电解质基底的多孔结构中，沉积以Ｎｉ（ＮＯ↓［３］）↓［２］为主要成分的催化剂，６００～１０００℃处理成电极－电解质双层结构，再在Ｈ↓［２］或ＣＯ，或Ｈ↓［２］与ＣＯ混合气体的还原气氛中，６００～１０００℃进行还原处理，制得阳极－电解质结构体； （３）在电解质基底致密电解质层一侧，用浆料印刷或乳胶沉积法制备复合阴极，１０００～１４００℃／４～２４ｈ，烧结成型；得到完整的固体氧化物燃料电池。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃料电池的范畴，具体涉及。本专利技术同时也可用于制备多孔陶瓷膜及陶瓷膜反应器。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)由于具有能量转化效率高，无腐蚀，易实现热、电联供以及对环境污染小等优点受到人们越来越广泛的关注，并成为各国竟相开发的新能源技术。目前，固体氧化物燃料电池主要以YSZ为电解质基体，两面分别涂覆阴极和阳极后制成，这样的电池需要在近1000℃的高温下操作，对电池材料的要求非常苛刻，制备和操作成本都很高，如能将操作温度降低到800℃以下，则可以应用较便宜的金属连接材料，大大降低生产成本并延长电池使用寿命，因此，制备出高性能的中温(600～800℃)固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)已成为人们研究的主要目标。通常主要有两种途径来降低固体氧化物燃料电池的操作温度其一是从材料方面着手，开发应用在较低温度下仍具有较高离子电导率的电解质材料，如掺杂的CeO2及LaGaO3基固体氧化物电解质；另一条途径是改进电池的制备技术，包括薄膜化电池组件(阴极/电解质/阳极)特别是降低电解质层厚度，以及优化电极结构，既增加三相界面数又能降低浓差极化过电位。近来，以多孔阳极为基体，在阳极基体上依次制成电解质层和阴极的技术路线已成为制备固体氧化物燃料电池的主流方法。这样的制备技术方案和得到的电池结构具有以下的优点1)极的化学极化过电位较小，不是影响电池性能的主要因素，因而，可以有较大的厚度以保证电池支撑强度并提供足够的三相界面；2)在阳极基体上可以制成电解质膜，降低电解质层厚度以降低电池内阻，从而大大提高电池性能。此外，由于阳极材料和电解质具有相近的烧结温度，而阴极材料的烧结温度通常要低很多，这也要求阴极应该是在最后制成。阳极支撑式固体氧化物燃料电池制备过程中最关键的技术是陶瓷电解质膜的制备，目前制备电解质薄膜的技术主要有化学-电化学气相沉积(CVD-EVD)法、电脉沉积法、溅射法、等离子喷涂法、溶胶-凝胶(Sol-gel)法、压制法等，但还未有一种方法是既经济又方便实用。如CVD-EVD法虽已用来制备比较大型的管式固体氧化物燃料电池，但由于需要昂贵的设备且操作复杂，经济上很不合算，溅射法、等离子喷涂法等虽然可以得到很薄的电解质膜，但都需要大型的设备，因此很难降低电池的生产成本，其它的方法如压制烧结法、喷射沉积法、溶胶-凝胶法等，也都不是很成熟，很难制得薄且致密的电解质膜，还需要做大量的研究工作，这是现有技术的严重缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的，是开发既简便又经济实用的。本专利技术的技术方案是研制，制备过程包括如下工艺步骤用相转化法制备电解质基底；用等体积浸渍——加温分解法制备阳极—电解质结构体；用浆料印刷或乳胶沉积制备复合阴极；最后烧结成型；其中(1)将聚合物溶解在有机溶剂中，加入分散剂，增塑剂制成聚合物溶液，溶液中的聚合物含量为5～30％，分散剂，增塑剂的含量为1～3％；向其中加入陶瓷电解质粉体，充分搅匀成混悬态聚合物浆料，聚合物浆料中，电解质粉体与聚合物的重量比为5～20∶1；浆料入模具成型，固化制得电解质基体原体，晾干，400～600℃/1～3h，烧除有机物，1200～1500℃/4～24h，烧结成型，制得一面为致密薄层、另一面为多孔结构的非对称结构电解质基底；(2)在电解质基底的多孔结构中，沉积以Ni(NO3)2为主要成分的催化剂，600～700℃处理成电极—电解质双层结构，再在H2或CO，或H2与CO混合气体的还原气氛中，900～1000℃进行还原处理，制得阳极—电解质结构体；(3)在电解质基底致密电解质层一侧，用浆料印刷或乳胶沉积法制备复合阴极，1000～1400℃/4～24h，烧结成型；得到完整的固体氧化物燃料电池。上述的有机聚合物是聚砜，聚苯乙烯，含苯乙烯共聚物，聚碳酸酯，聚胺，聚亚胺，聚酯，聚醚，聚乙烯，聚丙烯，聚1-丁烯，聚氯乙烯，聚氟乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯酯或聚乙烯酮。上述的溶剂是乙醇、N，N-二甲基乙酰氨，N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜或三甲基磷酸酯。上述的分散剂是聚丙烯酸及其盐，聚甲基丙烯酸及聚甲基丙烯酸盐，磷酸酯、聚甲基丙烯酸铵，柠檬酸、苯甲酸或聚乙烯砒咯烷酮。上述的增塑剂是聚乙二醇、聚丙三醇、甘油或N，N二甲基-月桂酰胺。本专利技术的优点是结构合理，制备简便，成本低廉，可以根据需要很容易制成不同大小和形状的固体氧化物燃料电池。具体实施例方式实施例1 制备CeO2基固体氧化物燃料电池制备过程包括如下工艺步骤用相转化法制备电解质基底；用等体积浸渍——加温分解法制备阳极—电解质结构体；用浆料印刷或乳胶沉积制备复合阴极；最后烧结成型；其中(1)有机聚合物是聚砜或聚苯乙烯；溶解在有机溶剂乙醇或N，N-二甲基乙酰氨中，加入分散剂聚丙烯酸或聚丙烯酸盐；增塑剂是聚乙二醇或聚丙三醇，制成聚合物溶液，溶液中的聚合物含量为30％，分散剂的含量为1％，增塑剂的含量为3％；向其中加入陶瓷电解质粉体，充分搅匀成混悬态聚合物浆料，聚合物浆料中，电解质粉体与聚合物的重量比为20∶1；浆料入模具成型，固化制得电解质基体原体，晾干，550～600℃/3h，烧除有机物，1450～1500℃/24h，烧结成型，制得一面为致密薄层、另一面为多孔结构的非对称结构电解质基底；(2)在电解质基底的多孔结构中，沉积以Ni(NO3)2为主要成分的催化剂，900～1000℃处理成电极—电解质双层结构，再在H2或CO混合气体的还原气氛中，950～1000℃进行还原处理，制得阳极—电解质结构体；(3)在电解质基底致密电解质层一侧，用浆料印刷或乳胶沉积法制备复合阴极，1300～1400℃/24h，烧结成型；得到完整的固体氧化物燃料电池。本专利技术是根据某些有机聚合物溶液中的溶剂与水进行交换而使聚合物发生相转化时，由于不同处的交换速度不同将形成一种非对称的孔结构的原理，利用有机聚合物作为粘结剂，配制含固体氧化物电解质材料粉体的聚合物溶液，通过模具及相转化成型，然后烧除有机物，再进行高温烧结处理后即得到具有非对称结构的电解质基底，该基底的一面为多孔结构，另一面为一薄致密层。然后在该非对称结构电解质基底的基础上通过催化剂浸渍和阴极制备后得到一完整的固体氧化物燃料电池。操作方法(1)电解质-聚合物浆料配制首先将有机聚合物和配量的添加剂溶解在适量的有机溶剂中得到聚合物溶液。聚合物溶液中的聚合物含量必须根据电极材料的粒度和用量来决定。聚合物用量多，则电极的孔隙率高，反之则电极的孔隙率低，一般来说，聚合物的用量应为电极材料重量的1/5～20，最好为1/8～15。而溶剂的用量应保证以后的电极聚合物浆料具有足够的流动性，为此，聚合物溶液中溶剂的含量应为70～95％Wt，而添加剂的量通常占聚合物溶液的1～3％。待聚合物和分散剂都完全溶解后，加入电解质粉体材料，充分搅拌使其完全均匀地分散在上述聚合物溶液中即得到含电解质粉体的聚合物浆料。电解质粉体材料可以用现有的成熟的技术制备，如固态反应法、溶胶凝胶法等。在加入聚合物溶液前，应先将电解质材料粉体加热干燥以避免带入水分。电解质材料可以一次加入，也可以慢慢地逐渐加入。电解质材料与聚合物的重量比一般为5～20∶1，最佳用量为8～15∶1。(2)电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭小耀，孟波，杨乃涛，
申请(专利权)人：谭小耀，
类型：发明
国别省市：