【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物电化学池制备，具体地说，涉及管式固体氧化物电化学池及其制备方法与应用。
技术介绍
1、固体氧化物电化学池(soc)是一种绿色高效的全固态结构电化学能量转化装置，包括固体氧化物燃料电池(sofc)和固体氧化物电解池(soec)。其中sofc可以在高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化为电能。而soec是sofc的逆过程，在高温且外加电压下，电解水产生氢气和氧气，实现将电能和热能转化为化学能，这一技术也可用于共电解水和二氧化碳或氮气产生合成气，用来制备甲烷、甲醇和氨等。相比其他能量转换技术，soc具有以下优势：能量转换效率高；不使用贵金属催化剂、成本低；可利用工业废热降低能耗；能量转换反应可逆，可用于电力削峰填谷。
2、为了实际应用，soc的结构设计十分重要，合理的soc结构应具有性能可靠，便于放大、方便维修和价格低廉等特征。soc可以做成多种结构，如管式、平板式、套管式和瓦楞式等，但经过长期发展优化，目前常见的soc结构主要有平板式和管式两种基本结构。其中平板式soc结构优点是结构简单，平板电解质和电极制备工艺简单，容易控制等。但平板式soc也有如下缺点：密封困难，抗热应力性能较差，较难实现热循环；大面积制备困难、成本高；双极板性能要求高等。而管式soc具有高机械强度、高抗热冲击性能、简化的密封技术、高模块化集成等特点，更适合于规模化应用。此外，当某一个单管损坏时，只需要切断该单管的送气通道，不会影响整个电堆工作。但目前管式soc单元制备工艺相当复杂，需要繁琐耗时的工序来制备电解质膜和
3、因此，针对现有的管式固体氧化物电化学池制备过程中存在的工艺复杂、繁琐耗时、能耗和成本高等问题，有必要开发一种简单高效、节能可靠和低成本的制备方法来生产管式固体氧化物电化学池。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种各结构层结构理想、制备简便的管式固体氧化物电化学池。
2、为了实现该目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种管式固体氧化物电化学池的制备方法，其包括：
4、(1)将用于形成所述管式固体氧化物电化学池的各结构层的陶瓷生胚浆料，依次叠加浇注成型，获得陶瓷管生胚；所述各结构层包括阴极层、阳极层和电解质层；
5、(2)将所述陶瓷管生胚进行梯度烧结，获得陶瓷管；
6、用于形成所述阴极层的陶瓷生胚浆料按重量份包括：0～65份氧化镍、35～100份第一陶瓷原料粉体、10～30份造孔剂、0～5份粘结剂、2～4份分散剂和100～160份水；
7、用于形成所述阳极层的陶瓷生胚浆料按重量份包括：50～65份氧化镍、35～50份第二陶瓷原料粉体、10～30份造孔剂、0～5份粘结剂、2～4份分散剂和100～160份水；
8、用于形成所述电解质层的陶瓷生胚浆料(不包括造孔剂和粘结剂)按重量份包括：0～2份氧化镍、50～100份第三陶瓷原料粉体、0.8～1.6份分散剂和50～125份水；
9、所述梯度烧结的条件为：以2～5℃/min的升温速率从室温升至500～700℃(优选，600-700℃)，并在500～700℃(优选，600-700℃)下保温2～5小时，再以2～5℃/min的升温速率升至1100～1250℃(优选，1100-1200℃)，不保温，改以1～2℃/min的升温速率升至1400～1500℃(优选，1450-1500℃)，保温2～20小时(优选，5-10小时)，然后以1～2℃/min的降温速率降至1200～1300℃(优选，1200-1250℃)，保温2-5小时(优选，2-3小时)，最后以2～5℃/min的降温速率降温至室温。
10、本专利技术通过调节各层浆料的配比，使得在制备时可采用依次叠加浇注成型(多次注浆倒浆)的方式实现具有多层结构的管式陶瓷生胚的制备，并且在完成各浆料层的浇注成型后，可通过一次高温烧结得到完整的管式固体氧化物电化学池。此外，本专利技术管式生胚一次高温烧结所使用的梯度控温方法可以避免本专利技术多层结构内应力导致的开裂现象，实现管式电化学池生胚的共烧结。本专利技术于低温下可以特定快速升温节省时间，高温下通过特定慢速升温以避免陶瓷材料快速收缩而开裂，升温过程在500～700℃下进行保温除去了阴极层和阳极层的造孔剂(若有)、粘结剂(若有)和分散剂，降温时在1200～1300℃保温释放了陶瓷管高温下产生的内应力，从而保证了整体单次烧结可得到完整无缺陷的管式陶瓷电化学池结构。
11、相较于传统制备方法繁琐耗时的逐层制备并烧结，本专利技术方法极大简化了管式固体氧化物电化学池的制备流程，并降低了能耗和生产成本，有利于规模化快速制备。
12、本专利技术可通过高温马弗炉进行梯度控温烧结。
13、本专利技术的制备方法中，所述第一陶瓷原料粉体和第二陶瓷原料粉体分别为bazracebycyb1-a-b-co3-δ、(y2o3)d(zro2)1-d、gd0.1ce0.9o2-δ、laesr1-ecoffe1-fo3-δ、(lagsr1-g)0.95mno3±δ中的一种或多种；
14、所述第三陶瓷原料粉体为bazracebycyb1-a-b-co3-δ、(y2o3)d(zro2)1-d、gd0.1ce0.9o2-δ中的一种或多种；
15、其中，0≤a≤0.8，0≤b≤0.7，0≤c≤0.2，0.02≤d≤0.08，0.1≤e≤0.6，0.2≤f≤0.8，0.5≤g≤0.8，0≤δ≤1.4；
16、优选，0.1≤a≤0.7，0.2≤b≤0.7，c＝0.1，d＝0.08，e＝0.6，f＝0.2，0.2≤δ≤1.4。
17、本领域技术人员，可根据本领域常识通过金属氧化物中阴阳离子价态数确定具体“δ”的取值。
18、所述造孔剂为淀粉和/或石墨，所述粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇或羧甲基纤维素中的一种或多种，所述分散剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸铵或聚甲基丙烯酸铵中的一种或多种。
19、本专利技术的制备方法的步骤(1)中，依次叠加浇注成型的方法包括：
20、1)在石膏中形成贯通的圆柱形孔洞作为所述管式固体氧化物电化学池的型腔；
21、2)将所述型腔的一端开口用可移除材料密封后，以用于形成所述管式固体氧化物电化学池的最外层结构层的陶瓷生胚浆料注满所述型腔，静置并持续补料保持所述型腔维持注满的状态；
22、3)移除封闭所述型腔的一端开口的可移除材料(使所述型腔与大气连通，浆料倒出速度加快，有利于保证管式生胚上下厚度均匀)，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，所述第一陶瓷原料粉体和第二陶瓷原料粉体分别为BaZraCebYcYb1-a-b-cO3-δ、(Y2O3)d(ZrO2)1-d、Gd0.1Ce0.9O2-δ、LaeSr1-eCofFe1-fO3-δ、(LagSr1-g)0.95MnO3±δ中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，依次叠加浇注成型的方法包括：
4.根据权利要求1-3任一项所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，在步骤(2)后，还包括将所述陶瓷管在氢气气氛中400～1000℃还原5～12小时的步骤。
5.根据权利要求1-4任一项所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，所述管式固体氧化物电化学池的外径为4～10毫米；长度为5～30厘米；所述阴极层的厚度为10～500微米；所述阳极层的厚度为200～800微米；所述电解质层的厚度为10～200微米。
<...【技术特征摘要】
1.一种管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，所述第一陶瓷原料粉体和第二陶瓷原料粉体分别为bazracebycyb1-a-b-co3-δ、(y2o3)d(zro2)1-d、gd0.1ce0.9o2-δ、laesr1-ecoffe1-fo3-δ、(lagsr1-g)0.95mno3±δ中的一种或多种；
3.根据权利要求1或2所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，依次叠加浇注成型的方法包括：
4.根据权利要求1-3任一项所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，在步骤(2)后，还包括将所述陶瓷管在氢气气氛中400～1000℃还原5～12小时的步骤。
5.根据权利要求1-4任一项所述的管式固体氧化物电化学池的制备方法，其特征在于，所述管式固体...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。