一种固体氧化物燃料电池制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池制备方法，具体包括以下步骤：保持流延机行进速度保持0.1～3cm

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池制备方法


[0001]本专利技术涉及电池制备技术，属于燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池制备方法。

技术介绍

[0002]相比于其他碱性、磷酸等燃料电池，固体氧化物燃料电池(简称：SOFC)通常运行在600
‑
1000℃的中高温区间，燃料适应性更广，除可直接使用H2外，还可使用工业废氢及各种碳基燃料，具有发电效率高(50
‑
60％)、污染小等特点；另外SOFC也能以电解模式逆向运行，即以固体氧化物电解池(简称：SOEC)模式运行，使用电能和热能将H2O或CO2转化为H2或合成气，具有很高的电解效率。
[0003]SOEC和SOFC统称为固体氧化物电池技术(简称：SOC)，当以SOEC和SOFC模式循环运行时，能够实现电能的存储与释放；根据支撑体的不同，SOC可以分为电解质支撑型、电极支撑型和金属基支撑型三种，其中电极支撑型电池能够基于薄膜化制造技术以实现薄膜电解质，而被广泛运用与重点研究；
[0004]电极支撑型电池分为燃料极支撑型电池和空气极支撑型电池。与燃料极支撑型电池相比，空气极支撑型不需要面对复杂的燃料成分变化问题，稳定性更好，可根据不同燃料制备相应的最佳燃料极，具有真正意义上的广泛的燃料适应性，但空气极支撑型容易出现材料之间的热匹配性、化学相容性问题，即传统燃料电池制备方法主要采用流延、叠层、热压、烧结，最后再进行丝印燃料极，这种方法制备得到的燃料极层与电解质层界面结合相对较差、容易出现分层的现象而影响固体氧化物燃料电池的使用效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种固体氧化物燃料电池制备方法，使燃料极层和电解质层、电解质层和空气极功能层结合更加紧密，解决传统制作方法流延、叠层、热压、烧结最后丝印燃料极时，燃料极层与电解质层界面结合差等问题。
[0006]为实现上述目的，本一种固体氧化物燃料电池制备方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1，保持流延机行进速度保持0.1～3cm
·
s
‑1；
[0008]先流延制备得到燃料极层，再在燃料极层流延电解质层，然后在电解质层上流延空气极功能层，相应功能层之间流延机的刮刀高度依次增加10～100μm，
[0009]S2，再将空气极支撑层流延至步骤S1中的空气极功能层，流延机的刮刀高度增加300～1000μm；
[0010]S3，然后将流延后的各个功能层在60～80℃温度、2～5MPa压力下保压5～10min进行叠层热压，得到完整的全电池素坯；
[0011]S4，最后将完整的全电池素坯放入高温炉中，以0.25～3℃/min的升温速率，烧结温度为1100～1300℃，烧结时间为3～5小时，得到固体氧化物燃料电池；
[0012]电解质层选自：萤石型Y
x
Zr1‑
x
O2‑
α
、Sc
x
Zr1‑
x
O2‑
α
中的一种或者多种，其中0.03≤x≤
0.2；或者Sm
y
Ce1‑
y
O2‑
α
、Gd
y
Ce1‑
y
O2‑
α
中的一种或者多种，其中0.1≤y≤0.3；
[0013]空气极选自：具有钙钛矿结构的(La，Sr)MnO3‑
δ
、(La，Sr)FeO3‑
δ
、(La，Sr)CoO3‑
δ
中一种或者多种、再与电解质的混合物构成复合阴极；
[0014]燃料极层选自：NiO、CuO、(La，Y)
z
Sr1‑
z
TiO3‑
β
、(La，Sr)(Cr，Mn)O3‑
β
中的一种或者多种、再与电解质的混合物，其中，0≤z≤0.6；
[0015]α、β、δ代表氧空位数量，范围为0<α<2、0<β<3、0<δ<3。
[0016]进一步的，所述燃料极层由NiO和SSZ组成，其质量比为5：1～5，燃料极层厚度为10～100μm；
[0017]所述电解质层由SSZ组成，其厚度为5～30μm；
[0018]所述空气极功能层由LSM98和SSZ组成，质量比为5：1～5，其厚度为10～100μm；
[0019]所述空气极支撑层由LSM95和3YSZ组成，质量比为5：2～5，其厚度为300～1000μm；
[0020]LSM95分子式为(La
0.8
Sr
0.2
)
0.95
MnO3‑
δ
；3YSZ为3％Y2O3稳定的ZrO2，分子式为Y
0.058
Zr
0.942
O
1.971
；LSM98分子式为(La
0.8
Sr
0.2
)
0.98
MnO3‑
δ
；SSZ为Sc稳定ZrO2，分子式为(Sc2O3)
0.1
(CeO2)
0.01
(ZrO2)
0.89
，Sc
0.18
Zr
0.82
O
1.91
。
[0021]进一步的，燃料极层流延制备方法，具体包括：
[0022]将5～10g的分散剂DM
‑
55溶解在50～150g乙酸丁酯溶剂中，加入100～300g的NiO和SSZ粉末，其中NiO和SSZ的质量比为5：1～5，加入NiO和SSZ粉体总质量0％～10％的PMMA作为造孔剂，先球磨12～24小时，再依次添加10～50g的塑化剂B50以及10～50g粘结剂B72，继续球磨12～24小时，取出浆料、真空脱泡、去除里面的空气，流延制备得到燃料极层。
[0023]进一步的，电解质层流延制备方法，具体包括：
[0024]将5～10g的分散剂DM
‑
55溶解在50～150g乙酸丁酯溶剂中，加入100～300g的SSZ粉末，先球磨12～24小时，再依次添加10～50g的塑化剂B50以及10～50g的粘结剂B72，继续球磨12～24小时，取出浆料、真空脱泡、去除里面的空气，再在燃料极层上流延电解质层。
[0025]进一步的，步骤S1中，空气极功能层流延制备方法，具体包括：
[0026]将5～10g的分散剂DM
‑
55溶解在50～150g的乙酸丁酯溶剂中，加入100～300g的LSM98和SSZ粉末，其中LSM和SSZ的质量比为5：1～5，加入LSM98和SSZ粉体总质量10％～30％的PAMMA作为造孔剂，先球磨12～24小时，再依次添加10～50g的塑化剂B50以及10～50g的粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1，保持流延机行进速度保持0.1～3cm
·
s
‑1；先流延制备得到燃料极层，再在燃料极层流延电解质层，然后在电解质层上流延空气极功能层，相应功能层之间流延机的刮刀高度依次增加10～100μm，S2，再将空气极支撑层流延至步骤S1中的空气极功能层，流延机的刮刀高度增加300～1000μm；S3，然后将流延后的各个功能层在60～80℃温度、2～5MPa压力下保压5～10min进行叠层热压，得到完整的全电池素坯；S4，最后将完整的全电池素坯放入高温炉中，以0.25～3℃/min的升温速率，烧结温度为1100～1300℃，烧结时间为3～5小时，得到固体氧化物燃料电池；电解质层选自：萤石型Y
x
Zr1‑
x
O2‑
α
、Sc
x
Zr1‑
x
O2‑
α
中的一种或者多种，其中0.03≤x≤0.2；或者Sm
y
Ce1‑
y
O2‑
α
、Gd
y
Ce1‑
y
O2‑
α
中的一种或者多种，其中0.1≤y≤0.3；空气极选自：具有钙钛矿结构的(La，Sr)MnO3‑
δ
、(La，Sr)FeO3‑
δ
、(La，Sr)CoO3‑
δ
中一种或者多种、再与电解质的混合物构成复合阴极；燃料极层选自：NiO、CuO、(La，Y)
z
Sr1‑
z
TiO3‑
β
、(La，Sr)(Cr，Mn)O3‑
β
中的一种或者多种、再与电解质的混合物，其中，0≤z≤0.6；α、β、δ代表氧空位数量，范围为0<α<2、0<β<3、0<δ<3。2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池制备方法，其特征在于，所述燃料极层由NiO和SSZ组成，其质量比为5：1～5，燃料极层厚度为10～100μm；所述电解质层由SSZ组成，其厚度为5～30μm；所述空气极功能层由LSM98和SSZ组成，质量比为5：1～5，其厚度为10～100μm；所述空气极支撑层由LSM95和3YSZ组成，质量比为5：2～5，其厚度为300～1000μm；LSM95分子式为(La
0.8
Sr
0.2
)
0.95
MnO3‑
δ
；3YSZ为3％Y2O3稳定的ZrO2，分子式为Y
0.058
Zr
0.942
O
1.971
；LSM98分子式为(La
0.8
Sr
0.2
)
0.98
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，王健成，黄祖志，张广君，郑国柱，陈婷，耿玉翠，徐朗，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：