固体氧化物燃料电池阳极及其制备方法、单电池和电堆技术

本发明专利技术属于SOFC领域，具体涉及一种基于泡沫镍制备的SOFC阳极、制备方法、单电池和电堆。本发明专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池阳极，所述固体氧化物燃料电池阳极包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的YSZ/NiO多孔陶瓷。本发明专利技术以泡沫镍为载体，利用其天然具有的大量气孔、良好的延展性以及便于裁剪为各种形状的特点，在泡沫镍上负载Ni

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物燃料电池阳极及其制备方法、单电池和电堆


[0001]本专利技术属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阳极及其制备方法、单电池和电堆。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以直接将燃料中的化学能转化为电能的发电装置。它具有能量转化效率高、燃料可选择范围大、不需要贵金属催化以及全固态结构等优点而被认为是一种很有发展前途的燃料电池。SOFC一般由阳极，电解质层以及阴极三个部分组成。为了降低电池的欧姆内阻，作为氧离子导体的电解质层通常会薄膜化处理，这个时候就需要用阳极或者阴极作为SOFC的支撑结构。
[0003]在一系列类似的结构中，采用Ni
‑
YSZ复合的金属陶瓷作为阳极支撑是目前最为常用的一种SOFC电池结构。其中，Ni为直接电化学氧化或者甲烷水汽重整提供电子电导和催化活性反应位；YSZ使得阳极材料的热膨胀系数与现在最常见的电解质材料(8YSZ)相匹配，并且将离子传导扩展至阳极的反应区；此外，YSZ在阳极中起结构支撑体的作用，赋予阳极足够的机械强度，并阻止Ni在长期高温工作环境下的进一步团聚长大。
[0004]目前，Ni
‑
YSZ复合阳极的传统制备方法主要有两种：(1)干压法：在固定规格的钢制模具中将Ni
‑
YSZ或者NiO
‑
YSZ混合粉体压制成型，然后烧结、还原得到具有一定形状的Ni
‑
YSZ阳极；(2)流延法：将Ni
‑
YSZ或者NiOr/>‑
YSZ等混合粉体制备为流延浆料，通过流延得到具有一定厚度的Ni
‑
YSZ阳极膜，然后切割、烧结以及还原得到具有规则形状的Ni
‑
YSZ阳极。这两种方法制备Ni
‑
YSZ阳极的缺点主要有以下几点：1、通常需要添加造孔剂才能满足阳极的气孔率要求，且无法控制孔隙的存在状态(大小，形貌，开孔或者是闭孔)；2、阳极的电子电导依赖于Ni网络的形成，但此过程无法控制；3、阳极的支撑强度依赖于YSZ骨架，但YSZ骨架的形成同样无法控制；4、制备的Ni
‑
YSZ金属陶瓷复合阳极延展性极差，在后续的电池密封过程中由于不可避免的细微凹凸不平难以与模具紧密贴合，从而导致单电池片受压破碎或者电池漏气。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的阳极气孔状态、Ni网络和YSZ骨架状态不可控问题，提供一种基于泡沫镍制备的固体氧化物燃料电池阳极，该方法提供的固体氧化物燃料电池阳极具有延展性好、开气孔率高且电子电导率高等优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的目的之一是提供一种固体氧化物燃料电池阳极，固体氧化物燃料电池阳极包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的YSZ/NiO多孔陶瓷。
[0007]本专利技术的目的之二是提供一种制备固体氧化物燃料电池阳极的方法，包括如下步骤：
[0008]S1、获取预处理的泡沫镍；
[0009]S2、获取YSZ/NiO浆料；
[0010]S3、在经过预处理的泡沫镍中浸渍YSZ/NiO浆料，得到NF/YSZ/NiO复合体；
[0011]S4、在保护气氛围下，将所述NF/YSZ/NiO复合体进行热压烧结，得到所述固体氧化物燃料电池阳极。
[0012]本专利技术的目的之三是提供一种固体氧化物燃料电池阳极，通过上述方法获得。
[0013]本专利技术的目的之四是提供一种固体氧化物燃料电池，由下至上依次包括阳极、电解质层和阴极层，所述阳极为前述的固体氧化物燃料电池阳极，所述固体氧化物燃料电池阳极具有上表面和下表面，所述上表面上负载有YSZ/NiO多孔陶瓷；其中，所述上表面与所述电解质层接触，所述下表面远离所述电解质层。
[0014]本专利技术的目的之五是提供一种电堆，包括上述固体氧化物燃料电池单电池。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
[0016]本专利技术以泡沫镍为载体，利用其天然具有的大量气孔、良好的延展性以及便于裁剪为各种形状的特点，在泡沫镍上负载Ni
‑
YSZ复合浆料，制备得到的固体氧化物燃料电池阳极具有大量的气孔、良好的延展性，以及成型的Ni网络；由该方法制备的固体氧化物燃料电池阳极具有良好的机械性能以及良好的电子电导率，能够满足不同的使用需要。
[0017]同时，本专利技术提供的技术简单，易于大规模生产。
附图说明：
[0018]图1是根据本专利技术一实施方式的固体氧化物燃料电池阳极的制备流程图；
[0019]图2是根据本专利技术一实施方式的固体氧化物燃料电池的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制。
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0023]本专利技术中，YSZ是指Y2O3掺杂的ZrO2；其中，Y2O3的掺杂浓度为3
‑
8mol％。当Y2O3的掺杂浓度为3mol％时，YSZ的分子式为(Y2O3)
0.03
(ZrO2)
0.97
，简称为3YSZ；当Y2O3的掺杂浓度为8mol％时，YSZ的分子式为(Y2O3)
0.08
(ZrO2)
0.92
，简称为8YSZ。
[0024]泡沫镍：Nickel Foam，简写为NF。
[0025]本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池阳极，固体氧化物燃料电池阳极包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的YSZ/NiO多孔陶瓷；
[0026]优选地，固体氧化物燃料电池阳极具有上表面和下表面，所述YSZ/NiO多孔陶瓷的负载量沿所述上表面至所述下表面逐渐降低。
[0027]优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极的面孔隙率为10
‑
30％；
[0028]优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极中孔隙的孔径为0.5
‑
4μm，优选为0.5
‑
2μm；
[0029]优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极的极化阻抗小于3Ω
·
cm2，优选小于1.5Ω
·
cm2。
[0030]图1是根据本专利技术一实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池阳极，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池阳极包括泡沫镍和负载在所述泡沫镍上的YSZ/NiO多孔陶瓷；优选地，固体氧化物燃料电池阳极具有上表面和下表面，所述YSZ/NiO多孔陶瓷的负载量沿所述上表面至所述下表面逐渐降低。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池阳极，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池阳极的面孔隙率为10
‑
30%；优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极中孔隙的孔径为0.5
‑
4μm；优选地，所述固体氧化物燃料电池阳极的极化阻抗小于3Ω
·
cm2，优选小于1.5Ω
·
cm2。3.一种制备固体氧化物燃料电池阳极的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取预处理的泡沫镍；S2、获取YSZ/NiO浆料；S3、在经过预处理的泡沫镍中浸渍YSZ/NiO浆料，得到NF/YSZ/NiO复合体；S4、在保护气氛围下，将所述NF/YSZ/NiO复合体进行热压烧结，得到所述固体氧化物燃料电池阳极。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述YSZ/NiO浆料中，YSZ和NiO的质量比为1：1
‑
1.8；优选地，所述YSZ/NiO浆料的固含量为20
‑
40%；优选地，所述YSZ的D
50
为50
‑
80nm，比表面积为60
‑
80m2/g；优选地，所述NiO的D
50
为50
‑
80nm，比表面积为60
‑
80m2/g；优选地，所述YSZ为3
‑
8mol%...

【专利技术属性】
技术研发人员：石超，蒋学鑫，王韶晖，
申请(专利权)人：安徽壹石通材料科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：