[發明專利]一種制備管式固體氧化物燃料電池的方法

有效

• 申請號: 201010186133.4
• 申請日: 2010-05-22
• 公開（公告）號: CN101847734A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 禹爭光;王焱;姜英;張曼;林亮;婁霞;袁婭玲;葉飛
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團東方汽輪機有限公司
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;H01M8/02
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明涉及高分子膠連成型技術制備管式異形固體氧化物燃料管式電池的方法，屬于固體燃料電池領域。

背景技術

燃料電池是一種使用氣體燃料，把燃料的化學能直接轉換為低電壓直流電能的電化學發電裝置，即將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。這種裝置的最大特點是由于反應過程中不涉及燃燒，因此其能量轉換效率不受“卡諾循環”的限制，其理論能量轉換率高達60％～80％，實際使用效率則是普通內燃機的2～3倍。

固體氧化物燃料電池(SOFC)技術作為一種高溫燃料電池，除了具有一般燃料電池高效率、低污染的優點外，SOFC還具有以下優點：(1)經由熱回收技術進行熱點合并發電，可獲得超過80％的熱點合并效率，當和汽輪機混合使用時，其發電效率可達到70～75％；(2)SOFC的電解質是固體，因此沒有電解質蒸發與泄漏的問題，而且電極也沒有腐蝕的問題，運轉壽命長；(3)SOFC無需使用貴重金屬催化劑，而其本身具有內重整能力，可以直接采用天然氣、煤氣或其他碳氫化合物作為燃料，簡化了電池系統；(4)發電效率高，可以承受超載、低載，甚至短路。

商業化燃料電池堆是由多個單電池串并聯組成。固體氧化物燃料單電池結構上分類，可分為：管式與平板式二類結構。相比而言，管式SOFC的優點是結構簡單，密封容易，抗熱震能力強，對負載反應迅速，規模容易放大，是一種很好能實現商業化的結構形式。目前，國際上管式SOFC發展領先的是Siemens-Westinghouse公司，他們采用擠出法成型，以陰極陶瓷作為支撐體，電解質和陽極采用EVD或等離子噴涂(plasma?spraying)的方法成型，其使用的設備復雜，工藝要求高，所以制造成本高，制約固體氧化物燃料電池的更大規模化使用。

相比而言，電池采用陽極支撐方式的結構，燃料電池可以以內重整的方式運行，簡化外重整器，結構更加簡潔，陽極材料(如YSZ和NiO材料)就可達到合適的支撐強度，所以近年來為不少國內外廠家和研究機構所采用，如美國Acumentrics公司的擠壓成型、韓國能量研究所、日本京瓷等。

國內上海硅酸鹽研究所李麗松等人于2005年申請了專利“浸漬成型管式固體氧化物燃料電池的方法”，公開號CN1700494A。該項現有技術介紹了一種高溫管式固體氧化物燃料電池的制備方法，通過配料、球磨、抽真空、浸漬、脫模、預燒、燒結、熱處理等過程，以管狀模具為基礎，通過對浸漬次數的控制，可以大體的控制管式SOFC不同電極的三明治結構，工藝簡化，易于掌握。由于采用有機溶劑制備漿料，增大后期環保工作量，對環境敏感度高，同時工藝上也難以制備出復雜結構的管狀結構的SOFC電池。

中國科學技術大學孟廣耀等人于2002年申請了專利“一種陽極支撐管狀固體氧化物燃料電池”，公開號CN?2547010Y，采用擠壓機成型出內有七個支管的異形管狀陽極支撐體，最后制備出異形多孔管狀電池。其電池優點有：1)增加有效反應面積，提高功率密度和2)提高支撐管內空間利用效率。擠壓機成型對于復雜結構時，對于模具設計和擠壓工藝都要求苛刻，不容易制備產品的保證成功率，不利于工業化大生產。

較理想陽極支撐層需要一定的結構強度、微觀均勻、透氣能力、工作還原后的電導大、與電解質熱膨脹系數匹配。目前對于氧化鋯電解質的燃料電池上，一般采用氧化鋯和氧化鎳為支撐材料。

上述發明制備陽極支撐制備方法，由于采用固相擠壓或有機溶劑粉料成型，保證熱膨脹系數匹配時，氧化鎳加入量不能太多，在透氣能力和電導能力上難以保證。如采用部分鎳以溶液形式加入，在保證鎳含量條件下，可有效提高鎳在支撐體分布分子級別的均勻性和連貫性。目前粉狀造孔材料加入燒結后，容易在支撐體中形成部分閉孔，不利于提高氣體在陽極支撐層的擴散效率，增加極化電阻值。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種采用高分子膠連成型成型技術制備管式固體氧化物燃料電池的方法，簡易調節支撐體材料成份、微觀結構和材料均勻性，增強電池效率。

本發明所采用的技術方案是：

一種制備管式固體氧化物燃料電池的方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)采用高分子膠連成型的方法制備管式陽極支撐體，所述管式陽極支撐體是陶瓷陽極支撐體，其制備方法包括以下步驟：

a)配制含有高分子單體和交聯劑的水溶液，再將陶瓷粉體原料、均相連接劑、造孔材料和分散劑分別加入所述水溶液中，得到支撐體漿料；

b)在步驟a)所得的支撐體漿料中加入堿或酸，調整所述支撐體漿料的酸堿度PH值在6～12；