[發明專利]以紙纖維作造孔劑制備多孔陽極支撐體的方法

無效

• 申請號: 200910071685.8
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN101510612A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 潘偉平;呂喆;陳孔發;魏波;黃喜強;王志紅;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
• 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

本發明涉及多孔陽極支撐體的制備方法；具體涉及用于陽極支撐型電解質薄膜電池的多孔陽極支撐體的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種不需要經過燃燒等中間步驟而直接將燃料和氧氣的化學能轉化為電能的陶瓷電化學裝置，所以該電池具有高的能量轉化率、環保等優點。SOFC由電解質、陽極和陰極三部分組成。SOFC的陽極要求在還原氣氛下保持穩定并能使氣體在電極中暢通，這就要求我們要在陽極材料加入造孔劑以增加陽極的孔隙率。

目前研究的熱點是陽極支撐型電解質薄膜電池。在制備金屬陶瓷陽極支撐體的過程中加入造孔劑，在高溫處理的過程中這些造孔劑被燒掉，可以在陽極內形成連通的孔隙，使反應氣體能快速進入內層陽極參加電化學反應，同時也使產物氣體能快速排出陽極。造孔劑顆粒的形狀決定了陽極中孔洞的形貌，通常在陽極中添加的造孔劑有面粉、淀粉、玉米粉等有機物造孔劑和石墨粉、碳粉等碳單質造孔劑等，它們在陽極中留下了球形或形狀不規則的孔洞；要使這種形貌的孔洞形成連通的氣體輸運通道，需要使用大量造孔劑，但是造孔劑的用量過大會降低陽極支撐體的強度，同時還會造成陽極支撐體中金屬陶瓷相相對含量的降低而減少了三相反應界面。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了解決用現有造孔劑在陽極支撐體中形成連通的氣體輸運通道，降低了陽極支撐體強度及減少了三相反應界面的問題；而提供了以紙纖維作造孔劑制備多孔陽極支撐體的方法。

本發明中以紙纖維作造孔劑制備多孔陽極支撐體的方法是按下述步驟進行的：一、將氧化亞鎳與固體氧化物電解質按0.25～9∶1的質量比混合后研磨，得到細度粒徑為0.1微米～10微米的初始粉體；二、稱取與初始粉體質量比為0.05～0.5∶1的紙屑，然后加入到溶劑中浸泡0.1～24h，溶劑質量是紙屑質量的2～100倍，再在30～90℃條件下磁力攪拌0.1～24h，得到紙纖維懸濁液；三、將紙纖維懸濁液25～250℃下烘干，然后研磨得到紙短纖維，將紙短纖維與初始粉體混勻得到陽極最終粉體；四、將步驟三的陽極最終粉體置于鋼制模具中，在室溫下以10MPa～2000MPa的壓力壓制，制備厚度為0.05～3mm的陽極坯體；五、將陽極坯體在900～1500℃條件下燒結0.1～10h；得到多孔陽極支撐體；其中步驟二所述溶劑為去離子水、無水乙醇、異丙醇中的一種或其中幾種的混合。

步驟一所述的固體氧化物電解質為摻雜量為1％～30％(摩爾)堿土氧化物摻雜氧化鋯、摻雜量為1％～20％(摩爾)稀土氧化物摻雜氧化鋯、摻雜量為1％～50％(摩爾)堿土氧化物摻雜氧化鈰或摻雜量為1％～50％(摩爾)稀土氧化物摻雜氧化鈰。所述堿土氧化物摻雜氧化鋯中的堿土氧化物均是指氧化鈣、氧化鍶或氧化鋇，所述堿土氧化物摻雜氧化鈰中的堿土氧化物均是指氧化鈣、氧化鍶或氧化鋇。所述稀土氧化物摻雜氧化鋯中的稀土氧化物是氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化銪、氧化釓、氧化鈥、氧化鉺、氧化鏑、氧化銩、氧化鐿、氧化釔或氧化鈧，所述稀土氧化物摻雜氧化鈰中的稀土氧化物是氧化鑭、氧化鐠、氧化釹、氧化銪、氧化釓、氧化鈥、氧化鉺、氧化鏑、氧化銩、氧化鐿、氧化釔或氧化鈧。步驟二所述的紙屑由定量濾紙、定性濾紙、新聞紙(也叫白報紙)或草紙粉碎而成。

上述方法的步驟三還能按下述步驟進行的：將步驟一制得的初始粉體加入步驟二制得的紙纖維懸液中，在10～70℃條件下磁力攪拌0.1～24h，然后在25～250℃下烘干，再研磨成粉狀即可。

本發明采用紙纖維作造孔劑來制備固體氧化物燃料電池陽極支撐體，使用少量的造孔劑在陽極中形成細線狀的孔隙，并且細線狀孔隙相互導通，孔結構合理，能夠使反應氣體和產物氣體在陽極內快速流通，使陽極中的化學反應順利進行，造孔劑用量少，從而保證了陽極具有足夠的機械強度；本發明陽極支撐體中孔的結構增加了三相反應界面(催化活性中心)的長度和電極/電解質的接觸面積，大大降低界面電阻；并使氣體更容易擴散到三相界面處，減小由于電極濃差極化造成的電池效率的降低，提高了電池輸出性能。本發明產品的孔隙率為30～40％(體積)。

附圖說明

圖1是具體實施方式三十二制得多孔陽極支撐體的微觀結構圖；圖2為具體實施方式四十一的固體氧化物燃料電池結構示意圖，圖中a表示陽極支撐體，b表示YSZ薄膜，c表示陰極；圖3為具體實施方式四十一的固體氧化物燃料電池在800℃的I-V、I-P曲線圖，圖中1表示I-V曲線，2表示I-P曲線。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。