本发明专利技术公开了一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，所述方法是首先分别制备金属支撑层、阳极层和电解质层素坯，然后依次自下至上叠置进行热压，接着进行高温共烧结制得半电池，再采用丝网印刷或喷涂方法在半电池上沉积阴极浆料，最后在700～800℃空气中烧结或原位烧结阴极。本发明专利技术方法，不仅成本低、可操作性强、可得到大尺寸高电性能且稳定的平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池，便于批量化连续生产，而且所制备的SOFC电池的各层之间结合紧密，各功能层厚度、孔隙率等可控，具有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，属于固体燃料电池
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将氢气、天然气和生物质气燃料的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有燃料丰富、效率高、无污染、无噪声、可热电联供等特点，可广泛应用于大型电站、分布式电站、汽车辅助电源、家庭热电联供系统等。尽管SOFC具有许多卓越性能，但目前尚未走向大规模应用，其主要制约因素是成本和寿命问题。新型金属支撑构造相对于传统的电解质支撑或电极支撑构造而言，可以提高单电池机械强度，增加电池抗热冲击能力，降低SOFC系统成本，并有助于解决电堆密封和连接难题，因此近些年来金属支撑SOFC在世界范围内引起了广泛关注，并逐渐成为SOFC研究领域内新的研究热点。由于金属材料的特点，使得金属支撑型SOFC具有如下优点(I)与传统陶瓷支撑型SOFC相比，金属基体的高热导率极大地降低SOFC的热梯度及热应力，提高了 SOFC的抗热冲击性；(2)金属材料的高电子电导率有助于减小SOFC的欧姆电阻，提高其电性能；(3)廉价的金属材料如不锈钢等用来作为单电池支撑体，可大大降低SOFC的制备成本；(4)金属材料易加工，有利于将支撑体加工成各种所需的形状；(5)金属支撑体良好的柔性及便于电堆组装的密封与接触，从而提高电堆运行的稳定性。中国专利CN200580019112. O公开了一种“固体氧化物燃料电池”，其由金属支撑层、活性阳极层、电解质层、反应阻挡层、活性阴极层、过渡层、阴极集电层等七层结构组成的金属支撑型固体氧化物燃料电池。由于结构复杂、工艺繁琐，可能会导致电池制备过程控制难度大、成品率低，且由于大多采用高成本的喷涂法来制备各功能层，不利于商业化的推广。中国专利申请CN 1960047A公开了一种多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池的制备方法，采用多孔不锈钢作为支撑体，在该支撑体上依次沉积阳极薄膜、电解质薄膜和反应阻挡层，然后在高温下烧结，制备出半电池，再在电解质侧沉积阴极活化层和阴极接触层，最后在空气中烧结，制成单电池；同时，该专利还在多孔金属侧选择性地浸溃重整催化剂，提高了电池的燃料适用性。但是多孔不锈钢基体的预先制作需要花费一定的成本，而且，由于该基体预先已经烧结，当其与阳极、电解质等功能层一起烧结时，比较难以解决收缩率匹配的问题，对制备大面积的电池带来一定的难度。再者，采用依次沉积阳极、电解质和反应阻挡层的工艺势必在各层的制备与干燥等方面花费较长的时间，限制了批量生产的效率。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种制备具有良好电化学性能的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，以实现金属支撑型固体氧化物燃料电池的规模化生产。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，包括如下步骤a)分别配制制备金属支撑层、阳极层、电解质层的混合浆料；b)对步骤a)配制的3种混合浆料分别进行流延成型和干燥，分别制得金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯；·c)将步骤b)制得的金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯依次自下至上叠置，然后于60 85°C、4 15Mp条件下进行热压5 30分钟；d)将步骤c)热压得到的复合素坯切割成所需尺寸后在惰性气氛或惰性气氛与还原气氛形成的混合气氛下、于1250 1400°C进行共烧结，制得半电池；e)采用丝网印刷或喷涂方法在半电池上沉积阴极浆料；f)在700 850°C空气中烧结或原位烧结阴极后得到所述的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池。作为一种优选方案，制备金属支撑层的混合浆料的配方如下金属粉体50质量份溶剂10 30质量份分散剂3 15质量份塑化剂2 16质量份粘结剂3 15质量份造孔齐LI20 60质m份。作为一种优选方案，制备阳极层的混合浆料的配方如下阳极粉体40质量份溶剂10 30质量份分散剂2 5质量份塑化剂I 5质量份粘结剂I 5质量份。作为一种优选方案，制备电解质层的混合浆料的配方如下电解质粉体60质量份溶剂20 40质量份分散剂I 5质量份塑化剂2 10质量份粘结剂3 15质量份。作为进一步优选方案，所述金属粉体为不锈钢粉体，所述不锈钢粉体为316、409、410、441、430、Fe22Cr等不锈钢粉体中的任意一种或几种。作为进一步优选方案，所述阳极粉体选自NiO-YSZ (氧化钇稳定的氧化锆)、NiO-SSZ (氧化钪稳定的氧化锆)、NiO-ScYSZ (氧化钇、氧化钪共稳定的氧化锆)、NiO_SDC (氧化钐掺杂的氧化铈)、NiO-GDC (氧化钆掺杂的氧化铈)中的任意一种或几种。 作为进一步优选方案，所述电解质粉体选自YSZ (氧化钇稳定的氧化锆)、SSZ (氧化钪稳定的氧化锆)、ScYSZ (氧化钇、氧化钪共稳定的氧化锆)、SDC (氧化钐掺杂的氧化铈)、GDC (氧化钆掺杂的氧化铈)中的任意一种或几种。作为进一步优选方案，所述溶剂选自二甲苯、无水乙醇、丙酮、丁酮、乙酸丁酯中的任意一种或几种；所述分散剂选自三乙醇胺、丙烯酸共聚物BYK、甲基戊醇、丙烯酸树脂DM-55中的任意一种或几种；所述塑化剂选自苯甲酸酯B-50、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯中的任意一种或几种；所述粘结剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯树脂B-72、环氧树脂中的任意一种或几种；所述造孔剂选自石墨、淀粉、草酸铵、碳酸铵中的任意一种或几种。作为进一步优选方案，步骤d)中所述的惰性气氛为氮气氛或氩气氛；所述混合气氛中含有还原气氛的体积百分比为2% 10%。作为进一步优选方案，步骤e)中所述的阴极浆料由粉体LSM (氧化锶掺杂的锰酸镧)、LSCF (氧化银和氧化铁分别掺杂镧位和钴位的钴酸镧)、BSCF (氧化钡和氧化铁分别掺杂镧位和钴位的钴酸镧)、LBSM (氧化锶和氧化铋同时掺杂的锰酸镧)、ESB-Ag (铒掺杂的氧化铋-银)中的任意一种或几种或其与电解质粉体的混合粉体组成。由本专利技术所述方法制备的电池结构自内至外依次为金属支撑层、阳极层、电解质层和阴极层，所述金属支撑层的厚度为100 1000 μ m,所述阳极层的厚度为15 50 μ m,所述电解质层的厚度为10 40 μ m,所述阴极层的厚度为10 50 μ m。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果I)相对于传统的阳极支撑型固体氧化物燃料电池，本专利技术的金属支撑型固体氧化物燃料电池采用低成本不锈钢粉体替代镍、YSZ，材料成本低，以不锈钢粉体作为支撑体，具有较好的高温抗氧化性能，且其热膨胀系数与传统电解质材料YSZ相近，避免了高温共烧结过程中因热膨胀系数不匹配而导致的电解质开裂等缺陷；2)采用了合适的流延配方得到了稳定的不锈钢粉体流延浆料，使得不锈钢支撑体的流延成型成为可能，并且得到的流延膜具有一定强度，满足与阳极流延膜、电解质流延膜共热压的要求；3)相对于现有的金属支撑型固体氧化物燃料电池技术，本专利技术的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池制备方法工艺简单，可实现连续、批量化生产，极大地降低了电池的制备成本；4)支撑体、阳极和电解质采用热压法结合在一起并通过高温共烧结制备成半电池，容易控制各功能层厚度和界面结合强度，电池功率密度高，一致性好；5)得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)分别配制制备金属支撑层、阳极层、电解质层的混合浆料；b)对步骤a)配制的3种混合浆料分别进行流延成型和干燥，分别制得金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯；c)将步骤b)制得的金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯依次自下至上叠置，然后于60～85℃、4～15Mp条件下进行热压5～30分钟；d)将步骤c)热压得到的复合素坯切割成所需尺寸后在惰性气氛或惰性气氛与还原气氛形成的混合气氛下、于1250～1400℃进行共烧结，制得半电池；e)采用丝网印刷或喷涂方法在半电池上沉积阴极浆料；f)在700～850℃空气中烧结或原位烧结阴极后得到所述的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池。
【技术特征摘要】
1.一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于，包括如下步骤 a)分别配制制备金属支撑层、阳极层、电解质层的混合浆料； b)对步骤a)配制的3种混合浆料分别进行流延成型和干燥，分别制得金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯； c)将步骤b)制得的金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯依次自下至上叠置，然后于60 85°C、4 15Mp条件下进行热压5 30分钟； d)将步骤c)热压得到的复合素坯切割成所需尺寸后在惰性气氛或惰性气氛与还原气氛形成的混合气氛下、于1250 1400°C进行共烧结，制得半电池； e)采用丝网印刷或喷涂方法在半电池上沉积阴极浆料； f)在700 850°C空气中烧结或原位烧结阴极后得到所述的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池。2.根据权利要求I所述的制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于，制备金属支撑层的混合浆料的配方如下金属粉体50质量份溶剂10 30质量份分散剂3 15质量份塑化剂2 16质量份粘结剂3 15质量份造孔剂20 60质量份； 制备阳极层的混合浆料的配方如下阳极粉体40质量份溶剂10 30质量份分散剂2 5质量份塑化剂I 5质量份粘结剂I 5质量份； 制备电解质层的混合浆料的配方如下电解质粉体60质量份溶剂20 40质量份分散剂I 5质量份塑化剂2 10质量份粘结剂3 15质量份。3.根据权利要求2所述的制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于所述金属粉体为不锈钢粉体。4.根据权利要求2所述的制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于所述阳极粉体选自NiO-YSZ (氧化钇稳定的氧化锆)、NiO-SSZ (氧化钪稳定的氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：周玉存，王绍荣，占忠亮，袁春，刘雪娇，孟燮，吴昊，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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