一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法及其应用，包括以下步骤：提供具有致密电解质的半电池；在半电池的表面喷涂、滴涂或者是刷涂缓冲层浆料；在上述的缓冲层上制备阴极，控制干燥温度和溶剂挥发速度获得涂覆阴极的电池；获得的涂覆阴极的电池，在高温下烧结获得多孔阴极，多孔阴极的主要成份为PBCC及掺杂的PBCC基材料、PBCC和电解质的复合材料、LBCC及掺杂LBCC基材料、LBCC和电解质的复合材料、BCFN和电解质的复合材料、以及LSC基材料等，获得多孔阴极进行热处理，本发明专利技术制备方法简单，易于大规模生产，本发明专利技术的阴极结构设计，可以有效增加催化活性位点，增强其催化活性，本发明专利技术的燃料电池在抗铬中毒方面表现出优异的性能。铬中毒方面表现出优异的性能。铬中毒方面表现出优异的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]金属连接体由于高电导性、匹配的热膨胀系数、价格低廉以及容易成型被广泛应用在固体氧化物燃料电池(SOFCs)电堆中，起到分割两个单电池单元并收集电流的作用。金属连接体中的含铬成分，在高温工作下会挥发出含铬气体，该成分会与阴极发生反应或者是沉积在阴极的三相界面(three phase boundaries，TPBs)处，造成电池性能的持续衰减，该现象称为阴极的铬中毒。商用的中低温SOFC的阴极材料La1‑
x
Sr
x
Co1‑
y
Fe
y
O3‑
δ
(LSCF)表面偏析的SrO容易与铬蒸汽反应生成导电性差的SrCrO4，不利于电子的传输，增大了欧姆电阻；此外铬蒸汽的沉积和大颗粒的SrCrO4会影响气体传输，造成浓差极化的增加；再者影响氧化还原反应，造成电化学极化的增加。
[0003]抗铬中毒主要在两方面着手，包含(1)阴极开发如开发新型的阴极材料，以及对传统的商业阴极进行修饰改性；(2)连接体表面的处理。目前的大部分研究都是对其中的一部分进行改进，很少将阴极和连接体共同进行研究。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]解决阴极材料在含铬蒸汽的环境下不断衰减，并缺乏同时对金属连接体和阴极进行的研究的问题，提供了一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法及其应用。
[0006](二)技术方案
[0007]针对现有技术存在的问题和缺陷，本专利技术提供了一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、提供具有致密电解质的半电池；
[0009]步骤2、在半电池的表面喷涂、滴涂或者是刷涂缓冲层浆料；
[0010]步骤3、在上述的缓冲层上制备阴极，控制干燥温度和溶剂挥发速度获得涂覆阴极的电池；
[0011]步骤4、将步骤3获得的涂覆阴极的电池，在高温下烧结获得多孔阴极(孔隙率20％
‑
50％，厚度15
‑
50μm)。目的是去除其中的有机物并增强电解质、缓冲层、阴极之间的机械性能；烧结温度在900
‑
1100℃之间。多孔阴极的主要成份为PBCC(PrBa
0.8
Ca
0.2
Co2O
5+δ
)及掺杂的PBCC基材料、PBCC和电解质的复合材料、LBCC(LaBa
0.8
Ca
0.2
Co2O
5+δ
)及掺杂LBCC基材料、LBCC和电解质的复合材料、BCFN(BaCo
0.7
Fe
0.2
Nb
0.1
O3‑
δ
)和电解质的复合材料、以及LSC基材料等。
[0012]步骤5、将步骤4获得多孔阴极进行热处理，热处理包括热喷涂和气氛处理；
[0013]步骤6、对金属连接体进行表面处理，并进行电池组装。
[0014]作为优选的技术方案，步骤1中的半电池包含阳极支撑的半电池、金属支撑的半电池、以及电解质支撑的半电池；半电池的电解质包含氧化锆基(如钇掺杂的氧化铈)、氧化铈基(钐掺杂的氧化铈SDC，钆掺杂的氧化铈GDC)、LSGM基以及BZY(BCY)基电解质。
[0015]作为优选的技术方案，步骤2中的缓冲层浆料的主要成份包含氧化铈基电解质材料、BZY(BCY)基电解质材料中的一种；缓冲层的制备可以通过共沉淀法、溶胶凝胶法、自蔓延燃烧法、球磨辅助烧结法获得。
[0016]作为优选的技术方案，缓冲层的浆料中粉末占总质量的3
‑
10％，缓冲层浆料中除了电解质材料还包含醇类(乙醇、乙二醇、聚乙二醇、异丙醇、正丁醇、松油醇)、酮类(丙酮、丁酮、聚乙烯吡咯烷酮)、酯类(聚醋酸乙烯酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、PEG
‑
30二聚羟基硬脂酸酯、聚乙烯醇缩丁醛酯)、醚类(纤维素的乙基醚)、胺类(三乙醇胺)中的至少两种。
[0017]作为优选的技术方案，步骤3中阴极如果是流延获得的薄膜，则步骤2、3缓冲层中的溶剂挥发约80
‑
95％后，室温缓慢干燥，避免阴极和缓冲层之间的气泡残留；步骤3中阴极如果是浆料形式获得的薄膜，则步骤2、3中缓冲层中的溶剂需要完全挥发，并在干燥的缓冲层上用丝网印刷的方法涂覆阴极浆料。
[0018]作为优选的技术方案，步骤5中的热喷涂的主要成份包含金属盐溶液中；喷涂的成份中金属盐中金属离子的总浓度为0.5
‑
2.0ML，金属盐中金属包含铈、钐、镧、镨、镍、钡中的一种及以上，喷涂时基底的温度为200℃
‑
450℃；步骤5中的气氛处理主要为在高温或工作环境下，通入气体，气体包含惰性气体、还原性气体、空气、或含有水蒸气的气体(水蒸气含量≤3v.％)对阴极进行活化。
[0019]作为优选的技术方案，金属离子的浓度为1.0ML；硝酸盐的成份中含有硝酸镨、硝酸镧、硝酸镍、硝酸钡中的一种及以上。
[0020]作为优选的技术方案，步骤6中金属连接体的表面处理可以通过蒸发镀膜、化学气相沉积、丝网印刷的方法将金属(金属银、铜、镍、及其合金银铜合金、银镍合金、银铈合金、镍合金中的一种)覆盖连接体表面；涂层的厚度在1μm
‑
200μm。
[0021]一种抗铬中毒的燃料电池集成的应用，应用于固体氧化物电解池中。
[0022]作为优选的技术方案，具体应用于氧化锆基、氧化铈基、LSGM基以及BZY(BCY)基电解质的固体氧化物燃料电池/电解池中；或者应用于阳极支撑型、电解质支撑型、阴极支撑型以及金属支撑型的固体氧化物电池的电极中。
[0023](三)有益效果
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术制备方法简单，易于大规模生产。
[0026](2)本专利技术的阴极结构设计，可以有效增加催化活性位点，增强其催化活性。
[0027](3)本专利技术的燃料电池在抗铬中毒方面表现出优异的性能。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术一种抗铬中毒的阴极的制备流程；
[0030]图2为本专利技术一种抗铬中毒的燃料电池的集成方法；
[0031]图3为本专利技术连接体进行表面处理前后的对称电池的欧姆电阻随测试时间的变化图；
[0032]图4为本专利技术对连接体进行表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、提供具有致密电解质的半电池；步骤2、在半电池的表面喷涂、滴涂或者是刷涂缓冲层浆料；步骤3、在上述的缓冲层上制备阴极，控制干燥温度和溶剂挥发速度获得涂覆阴极的电池；步骤4、将步骤3获得的涂覆阴极的电池，在高温下烧结去除其中的有机物并增强电解质、缓冲层、阴极之间的机械性能获得多孔阴极；烧结温度在900
‑
1100℃之间，多孔阴极的孔隙率为20％
‑
50％；步骤5、将步骤4获得多孔阴极进行热处理，热处理包括热喷涂、气氛处理、以及热喷涂气氛处理相结合；步骤6、对金属连接体进行表面处理，并进行电池组装。2.根据权利要求1所述的一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，其特征在于，所述步骤1中的半电池包含阳极支撑的半电池、金属支撑的半电池、以及电解质支撑的半电池；所述的半电池的电解质包含氧化锆基、氧化铈基、LSGM(Lanthanum strontium gallium magnesium oxide，镧锶镓氧化镁)基以及BZY(钇锆酸钡)、BCY(铈钇酸钡)基电解质。3.根据权利要求1所述的一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，其特征在于，所述步骤2中的缓冲层浆料的主要成份包含氧化铈基电解质材料、BZY(BCY)基电解质材料中的一种；所述的缓冲层的制备可以通过共沉淀法、溶胶凝胶法、自蔓延燃烧法、球磨辅助烧结法获得。4.根据权利要求3所述的一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，其特征在于，所述缓冲层的浆料中粉末占总质量的3
‑
10％，所述的缓冲层浆料中除了电解质材料还包含醇类、酮类、酯类、醚类、胺类中的至少两种。5.根据权利要求1所述的一种抗铬中毒的燃料电池集成制备方法，其特征在于，所述步骤3中阴极如果是流延获得的薄膜，则步骤2、3缓冲层中的溶剂挥发约80
‑
95％...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛英华，吕维强，杨成韬，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：