[發明專利]電極支撐中低溫固體氧化物燃料電池及其制備方法

無效

• 申請號: 200810058590.8
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101315984A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 陳秀華;張徐民;項金鐘;王莉紅
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02;H01M4/86;H01M2/16
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 趙云

技術領域：

本發明提出了一種電極支撐中低溫固體氧化物燃料電池的制備方法，屬于燃料電池技術領域。

背景技術：

固體氧化物燃料電池(SOFC)具有高效、環境友好等優點，能夠為局部區域供能、供熱，使分布式能源系統成為可能，被視為最有可能的下一代能源轉換裝置。傳統SOFC采用YSZ(氧化釔穩定的氧化鋯)作為電池的電解質材料，因為它在高溫(1000℃左右)下有較好的離子電導和穩定性。但是此類型電池操作溫度過高，限制了高性能且廉價電極、連接體材料的選擇，促使電池性能的快速衰退，從而導致電池的制作成本高昂和使用壽命短等弊端。隨著電解質材料的研究和發展，CeO₂基電解質(如釤摻雜的CeO₂-SDC)慢慢受人們的了解和關注，在800℃下有很高離子電導率(0.1S/cm)，是此溫度下YSZ的2～3倍，但是此類電解質在還原氣氛下會出現電子電導，導致電池內部短路。此外，傳統SOFC采用Ni基材料作為陽極，以CH₄等碳氫化合物為燃料時，陽極容易出現嚴重的積炭現象，造成電池性能迅速惡化。常用的La_1-xSr_xMnO₃陰極材料在中低溫(800℃以下)條件下表現出較低電子電導，極化嚴重。

因此，將來SOFC被大規模的利用，必須降低電池高昂的制作成本(如利用廉價的合金材料作為連接體)、減小電池的啟動時間、減緩電池材料的性能衰退等，這要求SOFC具有較低的操作溫度。另外，基于積炭現象和低溫條件下電極電導低的弊端，SOFC的制備不僅需要低溫高性能材料的選擇，更需要在制備工藝上的改進。

LaGaO₃基電解質是一類最近研究較多，在中低溫下有很高離子電導(如La_1-xSr_xGa_1-yMg_yO_3-δ電解質在750℃時的電導率為0.1S/cm)的電解質，且不管在氧化還是還原氣氛下都保持良好的穩定性。LaCrO₃基材料因具有高電子-離子電導率、催化、重整等性能，能夠取代傳統陽極解決積炭現象。另外，LaGaO₃基電解質與傳統Ni基陽極中的Ni在高燒結溫度下容易形成低電導率的雜相，LaCrO₃基陽極材料的運用很好的避免了這個問題。LaFeO₃基材料在800℃以下有很高的電導率，達10²～10³S/cm，且對O₂有良好的催化活性。因此，LaGaO₃基、LaCrO₃基和LaFeO₃基材料是理想的中低溫固體氧化物燃料電池電解質、陽極和陰極備選材料。同時，電池的制備工藝上也應有效的改進。控制電池操作溫度在中低溫，就需要大大減小電池的內阻，而最有效的辦法就是減小電解質厚度，電極支撐形式正好滿足了這一要求。在電極支撐的基礎上，利用合理、高效、可控制性強的成膜技術制備電解質、電極薄膜，可大大減小電池內阻，提高電池性能，從而滿足降低操作溫度的要求。

中國專利文獻01127229.5公開了“一種中溫固體氧化物燃料電池PEN多層膜及其制備方法”，雖然該技術具有其說明書中所述的一定優越性，但仍存在著以下不足：工藝較復雜；電解質厚度須達20～150μm，電池內阻較大，操作溫度較高；在陽極材料中，Ni基復合陽極，與LaGaO₃基電解質材料的化學匹配性較差，電解質的歐姆電阻較大；在電解質材料中，CeO₂基電解質，在氧分壓較小時不穩定，容易被還原；工作溫度為中溫，電池密封和連接體等材料的選擇范圍仍較窄，因此電池各組件的性能衰退仍較明顯，電池使用壽命仍較短。

發明內容：

本發明的目的是克服現有SOFC制備方法技術上的不足，提供了一種電極支撐中低溫固體氧化物燃料電池及其制備方法，其工藝方便、快捷、可控制性強，制得的電解質致密度高，制備的固體氧化物燃料電池內阻小，且電解質與電極材料的化學和熱相容性良好，中低溫下表現出很好的電池性能和穩定性。