一种金属支撑质子导体固体氧化物电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属支撑质子导体固体氧化物电池及其制备方法，所述金属支撑质子导体固体氧化物电池包括依次层叠设置的合金衬底层、负极活性层、电解质隔膜层、正极活性层以及正极集流层；其中，所述合金衬底的孔隙率为10～70％，所述合金衬底层的材质包括镍铁合金，所述镍铁合金中镍原子的重量百分比为40～60％。本发明专利技术旨在提供一种机械强度高、化学稳定性好的金属支撑质子导体固体氧化物电池。定性好的金属支撑质子导体固体氧化物电池。定性好的金属支撑质子导体固体氧化物电池。

【技术实现步骤摘要】
一种金属支撑质子导体固体氧化物电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电池
，具体涉及一种金属支撑质子导体固体氧化物电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物电池(SOC)的核心组成部分主要包括电解质、负极(或氢电极)和正极(或氧电极)。根据电解质隔膜传导离子的种类，固体氧化物电池分为氧离子导体固体氧化物电池(O
‑
SOC)和质子导体固体氧化物电池(H
‑
SOC)，其中，质子导体固体氧化物电池以其相对温和的工作温度、较低的成本和可观的应用前景成为一类重要的中低温固体氧化物电池。但是现有的各类质子导体固体氧化物电池中的电解质多含有掺杂BaCeO3‑
δ
或者掺杂BaZrO3‑
δ
，而掺杂BaCeO3‑
δ
具有较高的质子导电率，但在含有CO2/H2O的气氛中不稳定；而掺杂BaZrO3‑
δ
在酸性气体环境下虽然具有良好的化学稳定性，但是质子导电率较低；因此，现有质子导体固体氧化物电池多是采用掺杂BaCeO3‑
BaZrO3固溶体作为电解质，从而在一定程度上有效的整合上述两者的优点；其中，BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.2
O3–
δ
是目前已知的550℃以下电导率最高的固体氧化物电解质，兼具较高的化学稳定性和热稳定性，而质子导体固体氧化物电池的负极普遍采用氧化镍与电解质材料构成的金属陶瓷(如NiO
‑<br/>BaCe
0.7
Z
r0.1
Y
0.2
O3–
δ
等)，而正极则一般采用氧离子/质子
‑
电子导电相与电解质材料构成的双相复合陶瓷(如BaGd
0.8
La
0.2
Co2O6‑
δ
‑
BaZr
0.1
Ce
0.7
Y
0.2
O3–
δ
等)，同时，为了降低质子在电解质隔膜内的传导阻力和电解质隔膜内阻，电池一般采用负极支撑的薄膜电解质结构，其中，NiO
‑
BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.2
O3–
δ
作为负极支撑，BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.2
O3–
δ
作为薄膜电解质电池，但是，NiO
‑
BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.2
O3–
δ
负极的机械强度不高，电池在制备和使用过程中易于破裂，而且BaCe
0.7
Zr
0.1
Y
0.2
O3–
δ
固溶体在高浓度CO2/H2O气氛中的稳定性仍然欠佳，依然与CO2和H2O反应生成碳酸盐和氢氧化物，加剧电池失效风险。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提出一种金属支撑质子导体固体氧化物电池及其制备方法，旨在提供一种机械强度高、化学稳定性好的金属支撑质子导体固体氧化物电池。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提出一种金属支撑质子导体固体氧化物电池，包括依次层叠设置的合金衬底层、负极活性层、电解质隔膜层、正极活性层以及正极集流层；
[0005]其中，所述合金衬底层的孔隙率为10～70％，所述合金衬底层的材质包括镍铁合金，所述镍铁合金中镍原子的重量百分比为40～60％。
[0006]可选地，所述负极活性层和所述电解质隔膜层之间还设有负极阻隔层；和/或，
[0007]所述正极活性层和所述电解质隔膜层之间还设有正极阻隔层。
[0008]可选地，所述合金衬底层的厚度为100～2000μm，所述负极活性层的厚度为10～20μm，所述电解质隔膜层的厚度为5～15μm，所述正极活性层的厚度为10～20μm，所述正极集流层的厚度为10～100μm，所述负极阻隔层的厚度不高于30μm，所述正极阻隔层的厚度不高
于30μm；和/或，
[0009]所述负极活性层的孔隙率为20～35％，所述正极活性层的孔隙率为20～35％，所述正极集流层的孔隙率为30～60％。
[0010]可选地，所述负极活性层包括第一复合陶瓷，所述第一复合陶瓷包括第一电子导电相和第一离子导电相。
[0011]可选地，所述第一电子导电相包括Ni、Fe、Co、FeNi3、(La1‑
x
Sr
x
)TiO3‑
δ
、(La1‑
x
Sr
x
)(Cr1‑
y
Fe
y
)O3‑
δ
、(La1‑
x
Sr
x
)(Cr1‑
y
Mn
y
)O3‑
δ
、La2‑
x
Sr
x
Fe2‑
y
‑
z
Ni
y
Mo
z
O6‑
δ
中的至少一种，其中，0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，0&lt;z&lt;1，0&lt;δ&lt;1；
[0012]所述第一离子导电相包括Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Y
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Sm
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Gd
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Pr
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Nd
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Ca
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Mg
x
O2‑
δ
、掺杂BaCeO3–
δ
、掺杂BaZrO3–
δ
、BaZr1‑
x
‑
y
Ce
x
Y
y
O3–
δ
、Sr2Sc
1+x
Nb1–
x
O6–
δ
、Ba3Ca
1+x
Nb2–
x
O9的至少一种，其中，0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，0&l本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，包括依次层叠设置的合金衬底层、负极活性层、电解质隔膜层、正极活性层以及正极集流层；其中，所述合金衬底层的孔隙率为10～70％，所述合金衬底层的材质包括镍铁合金，所述镍铁合金中镍原子的重量百分比为40～60％。2.如权利要求1所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述负极活性层和所述电解质隔膜层之间还设有负极阻隔层；和/或，所述正极活性层和所述电解质隔膜层之间还设有正极阻隔层。3.如权利要求2所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述合金衬底层的厚度为100～2000μm，所述负极活性层的厚度为10～20μm，所述电解质隔膜层的厚度为5～15μm，所述正极活性层的厚度为10～20μm，所述正极集流层的厚度为10～100μm，所述负极阻隔层的厚度不高于30μm，所述正极阻隔层的厚度不高于30μm；和/或，所述负极活性层的孔隙率为20～35％，所述正极活性层的孔隙率为20～35％，所述正极集流层的孔隙率为30～60％。4.如权利要求1所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述负极活性层包括第一复合陶瓷，所述第一复合陶瓷包括第一电子导电相和第一离子导电相。5.如权利要求4所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述第一电子导电相包括Ni、Fe、Co、FeNi3、(La1‑
x
Sr
x
)TiO3‑
δ
、(La1‑
x
Sr
x
)(Cr1‑
y
Fe
y
)O3‑
δ
、(La1‑
x
Sr
x
)(Cr1‑
y
Mn
y
)O3‑
δ
、La2‑
x
Sr
x
Fe2‑
y
‑
z
Ni
y
Mo
z
O6‑
δ
中的至少一种，其中，0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，0&lt;z&lt;1，0&lt;δ&lt;1；所述第一离子导电相包括Ce1‑
x
La
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Y
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Sm
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Gd
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Pr
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Nd
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Ca
x
O2‑
δ
、Ce1‑
x
Mg
x
O2‑
δ
、掺杂BaCeO3–
δ
、掺杂BaZrO3–
δ
、BaZr1‑
x
‑
y
Ce
x
Y
y
O3–
δ
、Sr2Sc
1+x
Nb1–
x
O6–
δ
、Ba3Ca
1+x
Nb2–
x
O9的至少一种，其中，0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，0&lt;δ&lt;1。6.如权利要求1所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述正极活性层包括第二复合陶瓷，所述第二复合陶瓷包括第一氧离子/质子
‑
电子导电相和第二离子导电相。7.如权利要求6所述的金属支撑质子导体固体氧化物电池，其特征在于，所述第一氧离子/质子
‑
电子导电相包括(La1‑
x
Sr
x
)(Co1‑
y
Fe
y
)O3‑
δ
、(Ba1‑
x
Sr
x
)(Co1‑
y
Fe
y
)O3‑
δ
、(Sm1‑
x
Sr
x
)CoO3‑
δ
、SmBaCo2O
5+δ
、LaBa
0.5
Sr
0.5
Co2O
5+δ
、SmBa
0.5
Sr
0.5
Co2O
5+δ
、BaGd
0.8
La
0.2
Co2O6‑
δ
、La2‑
x
Sr
x
Fe2‑
y
‑
z
Ni
y
Mo
z
O6‑
δ
中的至少一种，其中，0&lt;x&lt;1，0&lt;y&lt;1，0&lt;z&lt;1，0&lt;δ&lt;1；和/或，所述第二离子导电相包括Ce1‑
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：占忠亮，仝永成，陈初升，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：