[發明專利]固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201210043051.3
• 申請日: 2012-02-23
• 公開（公告）號: CN102593480A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 屠恒勇;羅坤;李斯琳;余晴春;于立軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

1.一種固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜，其特征在于，該多層膜為在陽極主電子導電相和結構骨架增強相的厚膜上依次沉積過渡層薄膜和電解質薄膜；所述的陽極主電子導電相為多孔鈣鈦礦型摻雜鈦酸鹽復合氧化物，所述的結構骨架增強相為氧化鋁或摻雜氧化鋯或兩者混合物。

2.根據權利要求1所述的一種固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜，其特征在于，所述的多孔鈣鈦礦型摻雜鈦酸鹽復合氧化物的化學組成為A_1-x-zLn_xTi_1-yB_yO₃，其中的A為堿土金屬元素，包括：鈣(Ca)、鍶(Sr)或鋇(Ba)；Ln為摻雜A的釔(Y)或鑭系元素，鑭系元素包括：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、釓(Gd)、鏑(Dy)或混合稀土元素；B為摻雜Ti的過渡金屬元素，包括：錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、釩(V)、鈮(Nb)或鉬(Mo)；化學組成中的x＝0-0.5，y＝0-0.5，z＝0-0.5。

3.一種如權利要求1所述的固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)采用噴霧干燥法進行摻雜鈦酸鹽材料制備：按所制備摻雜鈦酸鹽材料的化學計量，先將一定量的硝酸和過氧化氫進行混合，然后將硝酸釔或鑭系硝酸鹽、堿土金屬硝酸鹽、鈦酸四異丙脂和過渡金屬硝酸鹽按照A_1-x-zLn_xTi_1-yB_yO₃的比例加入到硝酸和過氧化氫混合溶液中，攪拌得前驅體溶液，經噴霧干燥得前驅體粉末，在800～1000℃煅燒4～10小時得摻雜鈦酸鹽粉體材料；以無水乙醇為介質，用行星式球磨機以100～400rpm轉速對摻雜鈦酸鹽粉體材料球磨18～24小時，球磨后的漿料在80～100℃烘干，過200～400目篩得到摻雜鈦酸鹽粉體；

(2)稱取步驟(1)制得的摻雜鈦酸鹽粉體和增強相，所述的增強相含量為0～50wt％，按所稱取摻雜鈦酸鹽粉體的20～30wt％加入淀粉成孔劑，依次加入混合溶劑和磷酸三乙酯分散劑，并用行星式球磨機進行第一次球磨；

(3)在經第一次球磨的漿料中依次添加聚乙烯醇縮丁醛粘結劑、鄰苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇200塑性劑，并進行第二次球磨；

(4)將經第二次球磨的漿料制成支撐體生坯，具體步驟包括：首先真空除氣處理，在流延機上按所需厚度調節刮刀高度進行流延而制成支撐體生坯，將干燥后的支撐體生坯切割至所需尺寸；

(5)將乙基纖維素溶解于松油醇中制成乙基纖維素松油醇溶液，并作為絲網印刷用粘結劑；

(6)將按步驟(1)制得的摻雜鈦酸鹽粉體和摻雜氧化鋯混合粉體按70∶30～40∶60的重量比加入到乙基纖維素松油醇溶液中，經研磨后得到過渡層漿料，在絲網印刷機上將配制好的過渡層漿料均勻地沉積在步驟(4)制得的支撐體生坯上而形成過渡層；

(7)將摻雜氧化鋯粉體加入到乙基纖維素松油醇溶液中，經研磨后得到電解質漿料，在絲網印刷機上將配制好的電解質漿料均勻地沉積在步驟(6)制得的過渡層上而形成電解質層；

(8)將上述第(4)步、第(6)步和第(7)步制備得到的支撐體生坯、過渡層和電解質層經過排塑燒結處理。

4.根據權利要求3所述的固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的增強相為氧化鋁或摻雜氧化鋯或兩者混合物；所述的增強相形狀為顆粒狀或纖維狀；所述的混合溶劑是指丁酮和乙醇按2∶1重量比配比混合得到的混合液，混合溶劑的加入量為與摻雜鈦酸鹽粉體的重量比為6∶(3-4)；所述的磷酸三乙酯分散劑的濃度為1～5wt％；所述的第一次球磨是指：以100～400rpm轉速球磨6～10小時混勻。

5.根據權利要求3所述的固體氧化物燃料電池摻雜鈦酸鹽支撐固體電解質多層膜的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的聚乙烯醇縮丁醛粘結劑的濃度為10～20wt％；所述的鄰苯二甲酸二丁酯的濃度為4～10wt％；所述的聚乙二醇200塑性劑的濃度為4～10wt％；所述的第二次球磨是指：用行星式球磨機以100～400rpm轉速再球磨14～18小時混勻。