[發明專利]一種陽極支撐體的制備方法

無效

• 申請號: 200710072729.X
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101136478A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 陳孔發;呂喆;艾娜;黃喜強;魏波;蘇文輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M8/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種固體氧化燃料電池的陽極支撐體的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(簡稱為SOFC)是一種將燃料的化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置，具有高效、環保等優點。目前煤、石油和天然氣等常規化石能源日益緊缺，這種情況也為這種優秀的新發電方式提供了一種廣闊的發展和應用前景。

然而傳統的SOFC采用電解質支撐結構，工作溫度通常在1000℃左右。為了提高電池壽命，降低成本，需要盡量降低電池的工作溫度。電極支撐的電解質薄膜電池極大降低了電池的內阻，從而成功地將電池的工作溫度降到800℃以下的中低溫區；但電池仍具有高的輸出性能。

對于陽極支撐體而言，需要滿足以下的基本條件：與電解質薄膜相匹配的燒結收縮，使共燒結后的電解質薄膜致密而不漏氣，而且電池基本保持不變形；有足夠大的電子電導率和離子電導率，使陽極具有足夠強的催化和電流收集能力；有足夠多的孔隙率，從而使反應氣體和產物能迅速的輸運和排出等等。這些條件綜合起來，得到一個優化的陽極，使整個電池獲得一個優異的輸出性能。不可忽略的是，在陽極中各組分配比固定的情況下，粉體的團聚狀態與陽極坯體的制備方法對陽極最終的微結構和性能都有巨大影響。

目前存在多種制備陽極支撐體的方法，如干壓法(dry?pressing)，流延法(tape?casting)等。干壓法是通過壓機施加壓力將模具中的粉體壓制成坯體，是一種常用的制備陽極支撐體的方法，它具有簡單、快速、低成本等優點。現有的文獻中，一般使用約200MPa的壓強將陽極初始粉體壓成坯體，但均沒有對壓制壓強對陽極各種性能的影響研究的報道。

發明內容

本發明的目的是為了解決粉體團聚影響固體氧化燃料電池輸出性能的問題，提供了一種陽極支撐體的制備方法。本發明通過對固體氧化物燃料電池的陽極原料粉體進行干壓預處理，并改變陽極坯體成型壓強，有效地改變顆粒的團聚程度，控制陽極支撐體的成型坯體密度，進而有效地改變燒結收縮率和孔隙率，使陽極和電解質薄膜的共燒結更加匹配。

本發明的陽極支撐體制備方法的步驟如下：一、陽極粉體的預處理：將過渡金屬氧化物、電解質粉體及造孔劑中的一種置于模具中，在10～2000MPa的壓強下壓制成塊體，然后進行研磨或球磨破碎成粉體，再將過渡金屬氧化物、電解質粉體和造孔劑按5∶1～10∶0.1～10的質量比混勻，即獲得陽極粉體；二、陽極支撐體坯體的壓制：將經步驟一處理后的陽極粉體置于模具中，用10～2000MPa的壓強壓成陽極支撐體坯體。通過上述方法制成的陽極支撐體坯體可以直接作為固體氧化燃料電池的陽極支撐體使用。

本發明第一步驟的反應還可以通過下述反應來完成：將過渡金屬氧化物、電解質粉體及造孔劑中的兩種或三種分別置于模具中，在10～2000MPa的壓強下壓制成塊體，然后分別進行研磨或球磨破碎成粉體，再將過渡金屬氧化物、電解質粉體和造孔劑按5∶1～10∶0.1～10的質量比混勻，即獲得陽極粉體。????

本發明第一步驟的反應也可以通過下述反應來完成：先將過渡金屬氧化物、電解質粉體及造孔劑按5∶1～10∶0.1～10的質量比混合均勻，再在10～2000MPa的壓強下進行壓塊，破碎研磨或球磨破碎成粉體，即獲得陽極粉體。

可將上述方法的步驟一中壓塊和破碎的過程重復2～5次。

本發明第一步驟的反應也可通過下述反應來完成：將過渡金屬氧化物、電解質粉體和造孔劑按5∶1～10∶0.1～10的質量比混合均勻，直接獲得陽極粉體。

與上述方法不同的是在完成步驟二的操作后，將經步驟二壓制的陽極支撐體坯體置于高溫爐中，在800～1500℃條件下燒結1～10h，冷卻，得到陽極支撐體。其它步驟與上述方法相同。

所述的過渡金屬氧化物為氧化鎳、氧化銅、氧化鈷、氧化鐵中的一種或幾種的混合。其它與具體實施方式一至五相同。

所述的電解質粉體為摻雜1～30mol％堿土金屬的氧化鋯、摻雜1～20mol％稀土金屬的氧化鋯、摻雜1～50mol％堿土金屬的氧化鈰或摻雜的1～50mol％稀土金屬氧化鈰。其中堿土金屬為鎂、鈣、鍶或鋇；稀土金屬為鑭、鈰、鐠、釹、銪、釓、鈥、銩、鐿或釔。

其它材質的粉體采用本發明的方法來降低陽極支撐體的團聚，也在本發明的保護范圍之內。