【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，属于燃料电池。
技术介绍
1、燃料电池作为一种可以直接将化学能转化为电能的装置，相比于传统内燃机，不受卡诺循环效率的限制，具有高效、清洁及安全可靠等特点。一般来说，燃料电池都采取三明治结构，即一对电极(阳极和阴极)被中间的电解质分开，根据要求电解质仅能允许单种离子通过。
2、固体氧化物燃料电池(sofc)相比于其他类型燃料电池，除了具有高效与环境友好等燃料电池的共同特点外，还有燃料适用范围宽的特点，可采用包括天然气、丙烷以及醇类等多种碳基化合物为燃料；由于sofc全固态特性，使其设计更灵活，操作更方便且更安全可靠；另外还有静音等特点。sofc主要由两个多孔电极和致密的电解质构成，通常燃料气在阳极被氧化，产生氢离子和电子，电子通过外电路到达阴极，氧气(或含有氧气的空气)在阴极结合电子产生氧离子，随后氧离子通过电解质到达阳极与氢离子结合产生水。经过多年研究，sofc主要发展为三种构造，平板式、圆管式和扁管式。由管状固体氧化燃料电池具有结构强度高和抗热冲击能力强等特点，能够满足对启动速度快及循环性能好的要求而备受青睐。
3、目前，典型的管状sofc采用的电解质材料为氧化镱稳定氧化锆(简称ysz)，起到传递氧离子，隔绝氧气和燃料气。在管状sofc制备过程中，电解质层需要高温烧结以实现致密，通常超过1350℃，会对阳极支撑体的微观结构造成破坏；同时，制备步骤复杂。
4、目前现有技术多采用电炉加热实现阳极、电解质、阴极的多步烧结或者共烧结，尚未有将电能辅
技术实现思路
1、为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，所述方法通过电场辅助烧结方法，可实现电解质层在低温环境下短时间内致密，从而实现对阳极支撑体微观结构的保护，且制备过程快速简单。
2、为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
3、一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，所述方法中，电解质采用电场辅助烧结方法制备得到，具体地说，步骤如下：
4、①将涂覆有电解质浆料的管状阳极支撑体两端通过导电材料与连接电源的电路连接；然后放入加热装置中。
5、②加热装置开始加热时即施加电压，使电场强度为50v cm-1～200v cm-1，进行电场辅助加热处理，加热至650℃～850℃；或
6、加热装置加热至650℃～850℃，施加电压，使电场强度为50v cm-1～200v cm-1；
7、③等待至电流出现快速升高现象，采用一步或多步限制电流程序，最终限制最大面电流密度为70ma mm-2～150ma mm-2，恒温保温，然后制备得到一种管状固体氧化物燃料电池的电解质；冷却到室温取出。
8、其中，导电材料采用熔点高于1000℃的金属；优选导电材料为铂(pt)。
9、优选涂覆有电解质浆料的管状阳极支撑体两端缠绕导电材料，通过导电材料与电路连接；优选将导电材料浆液刷在缠绕连接处，以增强接触。
10、优选管状阳极支撑体上与电源相连接处的两端相距1cm～5cm。
11、加热装置为本领域现有技术中高温固相法制备正极材料所使用的加热装置，如电炉等。
12、所述电场可根据需要选择直流电场或交流电场。
13、优选加热时的升温速率为5℃/min～20℃/min。
14、优选加热装置加热至650℃～850℃，恒温保持10min～120min，再施加电压。
15、优选恒温保温10min～120min，制备得到一种管状固体氧化物燃料电池的电解质。
16、可将所述电路的电源与示波器连接，以观察并记录制备过程中的电流和电压曲线变化。可将所述电源与计算机连接，通过程序设定自动控制制备过程中的参数条件，如电流控制中的电流步长值、最大面电流密度和保温时间等。
17、所述采用一步或多步限制电流程序，具体可采用如下方法：
18、通过计算机进行程序设定控制施加的电流值变化，采用一步限制电流值方式，当电流出现快速升高后，直接一步限制为最终设定值；或者采用多步限制电流程序，当电流出现快速升高后，首先达到第一步电流值，之后自动跳转至下一步电流值，如此多步到达最终设定电流值，多步限制电流时其电流密度的步长值为1ma mm-2～15ma mm-2。
19、进一步地，本专利技术所述一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，步骤包括：
20、(1)制备管状阳极支撑体
21、采用现有管状固体氧化物燃料电池阳极支撑体的制备方法制备得到管状阳极支撑体；具体地说，制备方法如下：
22、采用的挤出成型方法制备得到管状阳极支撑体素坯，将管状支撑体素坯煅烧制备得到管状阳极支撑体；
23、更具体地说，制备方法如下：
24、将氧化镍粉末、电解质材料粉末、造孔剂、粘结剂在分散溶剂内充分混合，将混合物置于挤出成型机内，通过挤出成型制备得到所需尺寸的管状阳极支撑体素坯，在温度20℃～30℃，湿度50％～80％条件下，恒温恒湿下放置12h～48h，除去溶剂；然后在900℃～1200℃煅烧2h～5h。
25、电解质材料粉末采用本领域现有技术中的常用电解质材料，优选为8mol％氧化钇稳定氧化锆(8ysz)。
26、造孔剂选用本领域现有技术中的有机高分子材料造孔剂，优选为玉米淀粉。
27、粘结剂选用本领域现有技术中的有机粘结剂，优选为聚乙烯醇缩丁醛。
28、分散溶剂选用本领域现有技术中的常用溶剂，优选为无水乙醇。
29、以氧化镍粉末、电解质材料粉末、造孔剂和粘结剂的总质量为100％计，造孔剂的质量分数为8％～13％，粘结剂的质量分数为6％～9％，余量为氧化镍粉末和电解质材料粉末；优选氧化镍粉末的质量分数为40％～50％，电解质材料粉末的质量分数为32％～40％。
30、溶剂质量大于氧化镍粉末、电解质材料粉末、造孔剂和粘结剂的总质量。
31、(2)涂覆电解质
32、通过浸渍法将电解质浆料涂覆在步骤(1)制得的管状阳极支撑体外侧；
33、所述电解质浆料为本领域现有技术中电解质浆料，具体地说，将电解质材料粉末与添加剂置于分散溶剂中均匀混合后制得。
34、(3)电场辅助烧结制备电解质
35、电解质采用本专利技术所述电场辅助烧结方法制备得到。
36、(4)制备阴极层
37、通过刷涂法将阴极浆料涂覆在步骤(3)制得的电解质外侧，煅烧后制备得到一种管状固体氧化物燃料电池。
38、所述阴极浆料为本领域现有技术中阴极浆料，具体地说，以钙钛矿材料为阴极活性物质，将阴极活性物质粉末、添加剂在分散溶剂内充分混合后制得。
39、优选添加剂为乙基纤维素和可溶性淀粉。
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【技术保护点】
1.一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述方法中，电解质采用电场辅助烧结方法制备得到，所述方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：将所述电路的电源与示波器连接；将所述电源与计算机连接，通过程序设定自动控制制备过程中的参数条件。
3.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述采用一步或多步限制电流程序的方法如下：
4.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：导电材料采用熔点高于1000℃的金属；涂覆有电解质浆料的管状阳极支撑体两端缠绕导电材料，通过导电材料与电路连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：管状阳极支撑体上与电源相连接处的两端相距1cm～5cm。
6.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：加热时的升温速率为5℃/min～20℃/min。
7.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料
8.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述采用一步或多步限制电流程序的方法如下：
9.一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
10.根据权利要求9所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：(1)将氧化镍粉末、电解质材料粉末、造孔剂、粘结剂在分散溶剂内充分混合，将混合物置于挤出成型机内，通过挤出成型制备得到所需尺寸的管状阳极支撑体素坯，在温度20℃～30℃，湿度50％～80％条件下，恒温恒湿下放置12h～48h，除去溶剂；然后在900℃～1200℃煅烧2h～5h；
...【技术特征摘要】
1.一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述方法中，电解质采用电场辅助烧结方法制备得到，所述方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：将所述电路的电源与示波器连接；将所述电源与计算机连接，通过程序设定自动控制制备过程中的参数条件。
3.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：所述采用一步或多步限制电流程序的方法如下：
4.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：导电材料采用熔点高于1000℃的金属；涂覆有电解质浆料的管状阳极支撑体两端缠绕导电材料，通过导电材料与电路连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：管状阳极支撑体上与电源相连接处的两端相距1cm～5cm。
6.根据权利要求1或2所述的一种管状固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：加...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙克宁，勾匀婕，王振华，李广东，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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