[發明專利]一種固體氧化物燃料電池的制備方法有效

申請號：	200910116350.3	申請日：	2009-03-16
公開（公告）號：	CN101515651A	公開（公告）日：	2009-08-26
發明（設計）人：	張磊;張尚權;王海千;謝斌;侯建國	申請（專利權）人：	中國科學技術大學
主分類號：	H01M8/10	分類號：	H01M8/10
代理公司：	合肥金安專利事務所	代理人：	金惠貞
地址：	230026***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種固體氧化物燃料電池制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于金屬氧化物陶瓷薄膜技術領域，更具體的涉及采用噴霧和流延相結合制備固體氧化物燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種直接將化學能轉化為電能的裝置，具有轉化效率高，排放污染少的特點。根據燃料電池電解質不同，燃料電池具有多種不同的類型。固體氧化物燃料電池(SOFCs)是一種全固態結構的燃料電池，以具有離子導電性的金屬氧化物陶瓷薄膜作為電解質在600℃-1000℃的較高的溫度下工作。固體氧化物燃料電池具有全固態，更高能量效率和對煤氣、天然氣、混合器等多種燃料氣體廣泛適應性等突出優點，既適合作為大型固定發電廠，又適合作為醫院、商場、集體宿舍和邊遠山區的小型發電裝置，還可以用于輔助電源作為車輛輪船的驅動系統。

固體氧化物燃料電池單電池呈三明治結構，又稱陽極電解質陰極多層結構(Positive-pole，Electrolyte?and?Negative-pole)，主要由致密的電解質、多孔的陽極和陰極組成。陽極和陰極主要提供燃料反應的場所，對電極上發生的化學反應催化并且傳導電流。陰極和陽極本身在燃料電池使用過程中不被損耗和腐蝕。燃料電池要求電極微觀結構具有導電相聯通而且反應活化界面面積大的特點，同時需要電解質與電極熱匹配性好，通常在電極與電解質層之間加入一層電極功能層。電解質主要作用是在陽極和陰極之間傳輸帶電離子，從而平衡外電路的電子傳輸最終完成電池回路，同時電解質還起著分隔燃料氣和氧化氣的作用。燃料電池要求電解質層氣密性好并且導電率高，微觀上無裂縫和氣孔；為了減少電解質電阻，固體氧化物燃料電池采用10微米～50微米電解質薄膜。電解質和電極接觸界面要求無分層接觸良好。電解質和電極的微觀結構對燃料電池的性能有決定性的影響，發展固體氧化物燃料電池的一個關鍵挑戰是采用合適的制備方法以獲得符合燃料電池要求的電解質電極微觀結構。

根據《電源技術》(Journal?of?Power?Sources，164，2007，567-571；及170，2007，38-41；)介紹，無機膜材料的制備方法包括：粉體干壓成型法、軋棍法、擠壓成形法、化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、無電極電鍍法、流延法和噴霧法等。其中流延法和噴霧法是受到較多關注的薄膜制備方法。流延法適合制備大面積薄層平板狀陶瓷材料，具有成本低適合制備多層復合結構材料的特點；但傳統的流延法難以制備20微米及以下致密電解質薄膜。噴霧法工藝易于控制、成本低、成膜面積大，適合制備20微米以下薄膜，適合于工業生產；但在現有的燃料電池制備工藝中，噴霧方法通常需要以金屬鹽類作為前驅物，將需要的金屬鹽類前驅物按比例混合，經過噴霧后燒結，使前驅物反應獲得陶瓷膜；同時現有的噴霧方法容易出現開裂、脫層、剝落等缺陷。單一使用傳統的流延法和噴霧法制備燃料電池，工藝步驟復雜，成本高成品率低，限制了固體氧化物燃料電池的推廣和應用。

發明內容

為了簡化工藝步驟，得到符合燃料電池要求的電解質和陽極微觀結構，本發明提供一種改進的固體氧化物燃料電池的制備方法。

具體的技術解決方案如下：

一種固體氧化物燃料電池的制備方法包括以下工藝步驟：

A、將陽極功能層噴霧漿料在載氣的帶動下噴到襯底上獲得陽極功能層生坯，陽極功能層生坯厚度為1μm-30μm；

B、將陽極漿料流延在陽極功能層生坯上，干燥后褪去襯底，獲得功能層-陽極生坯，功能層-陽極生坯厚度為0.4-3mm；

C、將用金屬氧化物粉體制備的電解質噴霧漿料，在載氣的帶動下噴到功能層-陽極生坯的功能層上，得三層結構生坯，電解質層厚度為3μm-30μm；

D、將制備的三層結構生坯以1300℃-1450℃溫度燒結，獲得陽極半電池，；

E、在半電池的電解質層上制備陰極獲得燃料電池單電池；

電解質噴霧漿料包括下列重量配比的原料，粉體∶溶劑∶分散劑∶粘結劑∶增塑劑為5～20∶100∶0.5～2∶1～4∶1～4；

所述粉體為釔穩定氧化鋯、釓摻雜氧化鈰、鈮摻雜鈰酸鋇，

所述溶劑為乙醇、丁酮、甲苯、水，