[發明專利]非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池的制備方法

無效

• 申請號: 201110227090.4
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102332592A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 王海輝;周笛雄;彭舒軍;魏嫣瑩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，涉及能源化學電源固體氧化物燃料電池領域，具體涉及非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池（簡稱：SOFC）是一種全固態的能量轉換裝置，由于其具有很薄的電解質及電極，能夠大大減輕電池的體積和重量，可達到較大的比功率；電池在高溫下工作，電極反應過程相當迅速，可直接使用甲烷、天然氣和煤氣等燃料，燃料適應性強；不必使用貴金屬做催化劑，可大大降低電池制作成本；工作溫度下，能實現熱電聯產，燃料綜合利用率高，總能量利用率可達到60~80%；生成物是水和二氧化碳，得到的是潔凈電能，無環境污染；電解質性能穩定，抗毒性好等特點。因此，SOFC是一種非常清潔環保高效的發電裝置，正日益受到各國的廣泛研究和開發。

傳統的SOFC結構主要有平板狀、管狀、瓦楞狀等，管狀SOFC具有一定的抗熱沖擊性能、簡化的密封技術、易組裝成電池堆等特點，是最接近商業化的SOFC發電技術。但由于其制備難度較大，支撐體電極厚度大，而導致管狀SOFC電阻增大，電化學綜合性能降低，面積電流密度和體積功率密度增加有限。

發明內容

本發明的目的在于克服現有管狀SOFC在應用時的不足，提供一種成本低廉、工藝簡單、高體積功率密度的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池。

中空纖維型SOFC由于具有密封容易、單位體積內的有效接觸面積大、薄壁導致的高傳輸速率、易組裝成大規模電池堆等優勢，被認為是未來工業應用中最具潛力和前景的一種SOFC形態。中空纖維型固體氧化物燃料電池與傳統的平板形、管狀、瓦楞狀相比，具有較強的抗熱沖擊性能，啟動時間極短，體積功率密度大，便于密封，電流收集容易等優點。

本發明目的通過如下技術方案來實現：

非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）將聚乙烯吡咯烷酮溶解在N-甲基吡咯烷酮中，加入聚醚砜，攪拌至溶解，加入陽極材料粉體，攪拌10~20h，得到混合均勻的紡織液；向紡織設備的噴絲頭的內環中注入凝膠液，向水槽中注入去離子水，將紡織液注入紡織設備的反應罐中，抽真空0.5~2h后，在壓強為80~120kPa的N₂驅動下，紡織液通過噴絲頭成型并進入水槽中，在去離子水中放置24~72h得到管狀的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池陽極生胚；

所述聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜的質量比為1:（20~50）:（6~20），所述陽極材料粉體與聚乙烯吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮和聚醚砜三者的質量之和的比值為1:（0.5~2）；

（2）將步驟（1）得到的管狀的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池陽極生胚剪切為5~10cm，干燥，于1200~1300℃煅燒1~4h，同時以5~20mL/min的空氣吹掃，煅燒結束，冷卻，得到非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池陽極支撐體；

（3）將電解質粉體加入有機溶劑中，超聲30~120min得到電解質漿料，將步驟（2）得到的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池陽極支撐體浸涂到電解質漿料中，重復浸涂3~10次，每次浸涂時間為5~20s，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結束，晾干后在600~700℃煅燒1~3h，再以1~3℃/min的升溫速率將溫度升至1400~1500℃，燒結3~5?h，冷卻，得到致密的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池電解質層；

（4）將復合陰極粉體加入有機溶劑中，超聲30~120min得到陰極刷涂液，將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟（3）得到的非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池電解質層上，重復刷涂2~5次，每次刷涂后在空氣中自然干燥20~40s，刷涂結束，于空氣中自然干燥，得到復合陰極層；

（5）將陰極集流粉體加入有機溶劑中，超聲30~120min得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟（4）得到的復合陰極層上，重復刷涂2~5次，每次刷涂后在空氣中自然干燥20~40s，刷涂結束，于800~1100℃煅燒1~3?h，冷卻，得到非對稱中空纖維型固體氧化物燃料電池。

本發明步驟（1）中，所述陽極材料粉體為氧化鎳和電解質粉體的混合物，所述電解質粉體在混合物中的質量百分含量為40~60%；所述電解質粉體為釔穩定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物。

本發明步驟（3）中，所述電解質粉體為釔穩定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物，所述電解質粉體與有機溶劑的質量比為（5~20）:100。