本发明专利技术公开了一种中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极的制备方法，制备阴极前驱物粉体和复合阴极前驱物粉体；将复合阴极前驱物粉体加入乙基纤维素松油醇溶液中制成的复合阴极前驱物功能层浆料沉积在致密固体电解质薄膜和阴极薄膜间的反应阻挡层上，形成复合阴极前驱物功能层；将阴极前驱物粉体加入乙基纤维素松油醇溶液中制成的阴极前驱物集电层浆料沉积在复合阴极前驱物功能层上形成阴极前驱物集电层；将阴极前驱物集电层与复合阴极前驱物功能层在非氧化气氛中烧结，在电池工作前在空气中退火成相，即得中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极。本发明专利技术的功能梯度阴极的制备可避免电池支撑体的过度氧化，同时实现功能梯度阴极电极性能的提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池材料
，具体涉及一种。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，它不需经过从燃料化学能一热能一机械能一电能的转变过程，具有许多优点，其中突出的优点在于燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料，因此可广泛地采用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、生物质气、甲醇和乙醇等多种碳氢燃料。固体氧化物燃料电池具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好固体氧化物燃料电池的应用前景。目前，固体氧化物燃料电池进入商业化发展的主要障碍是电池系统的可靠性、寿命和价格。平板式固体氧化物燃料电池，尤其是中低温固体氧化物燃料电池(500 800°C )，是目前国际上固体氧化物燃料电池研究的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，降低了对密封等其它材料的要求，可采用低成本的陶瓷制备工艺进行制造，可望大幅降低固体氧化物燃料电池的材料和制造成本。其中，Ni/YSZ(YSZ:钇稳定氧化锆)阳极支撑固体氧化物燃料电池目前在国际上得到了广泛的重视，优良的电池堆性能也已有报道，部分研发单位具备了较大规模的生产能力，但与厚阳极支撑体相关的问题未得到解决。煤气化气、天然气和生物质气等燃料具有共同的特点，即这些燃料都含有以甲烷为主的碳氢化合物和以硫化物为主的杂质。目前常规的固体氧化物燃料电池阳极为Ni/YSZ，Ni是理想的氢电催化齐U，但它会催化断裂碳氢化合物中的碳氢键，在以干或低水含量碳氢化合物为燃料时易造成碳在阳极表面的沉积，同时燃料中的硫化物易使Ni中毒，从而使固体氧化物燃料电池在发电过程中因阳极被碳堵塞和硫中毒而产生性能衰减和损坏。目前采用的方法是水蒸汽重整法将碳氢化合物转化为氢气和一氧化碳，用脱硫方法去除硫化物，但这样将增加固体氧化物燃料电池发电系统的复杂性，降低发电效率，从而提高了整个系统的成本。在氧化还原循环中，多孔阳极支撑体中的金属镍被氧化成NiO，继而NiO被还原成金属镍，多孔阳极支撑体经历体积变化，从而导致电解质开裂，因此若系统出现故障导致燃料供应中断易引起因空气进入阳极室导致Ni/YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池损坏。同时，厚的阳极支撑体包含较多的YSZ和Ni，使得电池成本较高。鉴于Ni/YSZ阳极支撑体结构存在上述问题，近年来国际上的固体氧化物燃料电池研发单位开始将研发的重点转向高导电氧化物或金属支撑固体氧化物燃料电池，其代表性的支撑体材料为掺杂钛酸盐和铁基不锈钢。对此，阴极材料不能在高温氧化性气氛中进行烧结，以防止掺杂钛酸盐和铁基不锈钢过度氧化，从而造成单电池性能严重退化。经对现有技术的文献检索发现，J.T.S.1rvine等报道了 Laa2Sra7TiO3支撑固体氧化物燃料电池的制备，Laa2Sra7TiO3支撑体已在1050°C和5% H2/Ar气氛中进行还原，在阴极制备方面采用液相浸溃法在YSZ多孔结构骨架内沉积Laa6Sra4CoO3前驱体，然后在单电池性能测试支架内于测试前在750°C进行退火，以形成Laa6Sra4CoO3相(文献:C.D.Savaniu, J.T.S.1rvine, Solid State 1nics, 192,491-493 (2011))。另外，申请号为CN200810129800.8的中国专利技术专利公开了一种金属支撑固体氧化物燃料电池的结构和制备方法，其中阴极的制备也是采用液相浸溃法，即将阴极材料各元素的硝酸盐溶液通过真空渗入到阴极前体层中，然后在低温下进行热处理以使硝酸盐分解。虽然液相浸溃法能够实现在较低温度下的阴极制备，避免了支撑体的过度氧化，但液相浸溃法的突出缺点是多步骤，即需要进行多次浸溃和热处理，以使阴极的含量达到需要的量，从而造成单电池制备工艺繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:本专利技术涉及一种，包括如下步骤:A、制备阴极前驱物粉体以及复合阴极前驱物粉体；所述复合阴极前驱物粉体复合了掺杂氧化铈和所述阴极前驱物；B、将所述复合阴极前驱物粉体按重量比(1.5 4.0): I加入乙基纤维素含量为I 5wt%的乙基纤维素松油醇溶液中制得复合阴极前驱物功能层浆料；将所述复合阴极前驱物功能层浆料沉积在致密固体电解质薄膜和阴极薄膜间的反应阻挡层上，形成复合阴极前驱物功能层；C、将所述阴极前驱物粉体按重量比(1.5 4.0): I加入乙基纤维素含量为I 5wt%的乙基纤维素松油醇溶液中制得阴极前驱物集电层浆料；将所述阴极前驱物集电层浆料沉积在所述复合阴极前驱物功能层上形成阴极前驱物集电层；所述阴极前驱物集电层与复合阴极前驱物功能层构成功能梯度阴极前驱物层；D、将所述功能梯度阴极前驱物层在非氧化气氛中900 1200°C烧结2 4小时，冷却到室温；在电池工作前再次在空气中700 900°C退火2 10小时，即得所述中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极。制得的所述阴极前驱物粉体或复合阴极前驱物粉体在无水乙醇介质中进行球磨，球磨时间为24 48h，经烘干可获得成分和颗粒尺寸均匀的阴极前驱物粉体或复合阴极前驱物粉体。所述乙基纤维素松油醇溶液是将乙基纤维素溶解于松油醇中制成的，是作为丝网印刷用粘结剂应用于功能梯度阴极前驱物层的沉积。所述复合阴极前驱物粉体或阴极前驱物粉体加入乙基纤维素松油醇溶液中，研磨2h以上得到稳定均一的复合阴极前驱物功能层浆料或阴极前驱物集电层浆料。优选地，所述中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极材料为稀土钙钛矿结构复合氧化物、碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物、双钙钛矿结构复合氧化物或K2NiF4型结构复合氧化物。该阴极材料即为所述步骤D中功能梯度阴极前驱物层最后经退火成相形成的。优选地，所述稀土钙钛矿结构复合氧化物的结构式为LrvxSrxTMCVs，δ (O ^ δ ^ I)表示氧含量，其数值决定了 TM的平均价态，其中X = 0.1 0.9，Ln为La、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种，TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种；所述碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物的结构式为Ba^SrxTMCVs，其中x = 0.1 0.9，TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种；所述双钙钛矿结构复合氧化物的结构式为LnBaTM205+s，其中Ln为Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种，TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种；所述K2NiF4型结构复合氧化物的结构式为Ln2_xSrxTM04+s ,其中x = 0.0 1.0, Ln为La、Pr、Nd、Sm、Gd中的一种或几种，TM为Mn、Fe、Co、N1、Cu中的一种或几种。优选地，步骤A中，所述制备阴极前驱物粉体具体为:以金属盐为原料，按阴极材料分子式中各物质的摩尔比配制溶液，通过聚合物络合法、溶胶-凝胶法或化学共沉淀法制得阴极前驱物粉体；所述制备复合阴极前驱物粉体具体为:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A、制备阴极前驱物粉体以及复合阴极前驱物粉体；所述复合阴极前驱物粉体复合了掺杂氧化铈和所述阴极前驱物；B、将所述复合阴极前驱物粉体按重量比(1.5～4.0)∶1加入乙基纤维素含量为1～5wt％的乙基纤维素松油醇溶液中制得复合阴极前驱物功能层浆料；将所述复合阴极前驱物功能层浆料沉积在致密固体电解质薄膜和阴极薄膜间的反应阻挡层上，形成复合阴极前驱物功能层；C、将所述阴极前驱物粉体按重量比(1.5～4.0)∶1加入乙基纤维素含量为1～5wt％的乙基纤维素松油醇溶液中制得阴极前驱物集电层浆料；将所述阴极前驱物集电层浆料沉积在所述复合阴极前驱物功能层上形成阴极前驱物集电层；所述阴极前驱物集电层与复合阴极前驱物功能层构成功能梯度阴极前驱物层；D、将所述功能梯度阴极前驱物层在非氧化气氛中900～1200℃烧结2～4小时，冷却到室温；在电池工作前再次在空气中700～900℃退火2～10小时，即得所述中低温固体氧化物燃料电池功能梯度阴极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：屠恒勇，郭秘兰，李斯琳，余晴春，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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