[發明專利]含有取向柱狀孔的陽極支撐體的制備方法

無效

• 申請號: 201010255110.4
• 申請日: 2010-08-17
• 公開（公告）號: CN101894956A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 潘偉平;呂喆;黃喜強;張耀輝;魏波;蘇文輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明屬于陽極支撐體的制備領域。

背景技術

固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種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，該電池具有高的能量轉化率、環保等優點。SOFC的主要成分為陽極、電解質和陰極。SOFC的陽極要求保持良好的透氣性，以便使燃料氣體（如氫氣、一氧化碳、甲烷等）能夠滲透到陽極深處參加電化學反應并將產生的氣體（水蒸氣、二氧化碳等）移走。

陽極支撐型電解質薄膜電池因其制備工藝簡單、電池性能優越而備受人們關注。造孔劑的形狀決定了其在陽極中形成的孔的形狀。傳統的造孔劑有面粉、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。這些孔彼此連接在陽極支撐體內形成曲折的氣體通道，這就增加了氣體輸運通道的長度，導致電極濃差極化從而降低了電池輸出性能。

發明內容

本發明的目的為了解決現有方法存在電極內部氣體擴散慢問題；而提供含有取向柱狀孔的陽極支撐體的制備方法。

本發明中含有取向柱狀孔的陽極支撐體的制備方法是按下述步驟進行的：

步驟一、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，得到陽極初始粉體；

步驟二、紙屑加入到溶劑中浸泡0.1~24?h，所述溶劑的質量是紙屑的2~100倍，然后在30~90℃條件下攪拌0.1~24?h，得到紙纖維懸濁液（紙纖維懸濁液中紙纖維的長度為100~500μm）；

步驟三、向步驟二得到的紙纖維懸濁液中加入步驟一得到的陽極初始粉體，陽極初始粉體與步驟二所述紙屑的質量比為1：0.05~0.5，攪拌1~10?h，?然后在25~250℃下烘干，研磨得到陽極最終粉體；

步驟四、將步驟三得到的陽極最終粉體置于鋼制模具中，在室溫下以500MPa~2000MPa的壓力壓制，制備厚度大于5mm的陽極塊體，將陽極塊體在1000~1500℃條件下燒結0.1~5?h（使其具有一定的強度，并在此過程中燒去紙纖維造孔劑，產生方向大體一致柱狀孔洞）；

步驟五、將經燒結處理后的陽極塊體切片，獲得厚度為0.5~3?mm的陽極片，切片時進刀的方向與在壓片過程中受力方向相同（這樣塊體中的柱狀孔洞被以接近垂直的角度切割，使陽極片中孔的方向最有利于氣體流進/流出），然后在900~1500℃條件下燒結陽極片1~10h，即得到含有取向柱狀孔的陽極支撐體。

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者摻雜量為1%~50%（摩爾）稀土氧化物摻雜氧化鈰。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。步驟二所述的紙屑由定量濾紙、定性濾紙、新聞紙或草紙粉碎而成。

本發明利用紙纖維造孔劑制備含有取向柱狀孔的固體氧化物燃料電池陽極支撐體，在制備的陽極支撐體中柱狀孔的取向近乎相同并朝向于最有利于氣體流入/流出的方向(即燃料氣體輸入和產物氣體輸出的方向)，這樣就會縮短氣體輸運的實際路徑并減小了氣體通道的曲折程度，降低了由電極微觀結構決定的曲折因子，從而減小了氣體在陽極內部輸運的阻力；在保證陽極具有足夠的機械強度的前提下使反應氣體和產物氣體在陽極內快速流通，并最終減小了由于氣體擴散慢造成的濃差極化，提高了電池輸出性能。單電池在800℃的最高輸出功率密度在1490?mW/cm²以上。

附圖說明

圖1是具體實施方式二十七制得固體氧化物燃料電池的電鏡照片；圖2是具體實施方式三十制得固體氧化物燃料電池封裝結構示意圖，1表示陰極，2表示陽極，3表示銀線，4表示陶瓷管，5表示銀膏，6表示電解質；圖3為具體實施方式三十的固體氧化物燃料電池在800℃的I-V、I-P曲線圖。

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。

具體實施方式一：本實施方式中含有取向柱狀孔的陽極支撐體的制備方法是按下述步驟進行的：

步驟一、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，得到陽極初始粉體；

步驟二、紙屑加入到溶劑中浸泡0.1~24?h，所述溶劑的質量是紙屑的2~100倍，然后在30~90℃條件下攪拌0.1~24?h，得到紙纖維懸濁液；