[發(fā)明專利]一種陽(yáng)極支撐型中溫SOFC單電池的8YSZ電解質(zhì)薄膜制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410191567.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104022303A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅凌虹;吳也凡;石紀(jì)軍;程亮;黃祖志;孫良良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10
• 代理公司: 景德鎮(zhèn)市高嶺專利事務(wù)所(普通合伙) 36120
• 代理人: 程雷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陽(yáng)極支撐型中溫SOFC單電池的8YSZ電解質(zhì)薄膜制備方法。?

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池是當(dāng)今研究非常熱門和前沿的新能源技術(shù)，由于其不受可若循環(huán)使其熱電聯(lián)供可達(dá)80%以上，是當(dāng)今能源轉(zhuǎn)換效率最高的一種轉(zhuǎn)化方式，由燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，同時(shí)燃料的可多樣性，使得其成為具有極大商業(yè)價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Φ哪茉础?

目前SOFC系統(tǒng)在國(guó)外已開(kāi)始商業(yè)化，如日本日礦日石公司生產(chǎn)的700W熱電聯(lián)供的SOFC系統(tǒng)已進(jìn)入家庭；美國(guó)Bloom?Energy公司生產(chǎn)的100KWSOFC系統(tǒng)已廣泛被各大公司如eBuy、googl、可口可樂(lè)、聯(lián)邦快遞沃爾瑪百貨等公司購(gòu)買作為電源使用。我國(guó)由于技術(shù)、資金等方面的原因至今還沒(méi)有商業(yè)化，但是這方面的研究成果在不斷深入和發(fā)展。?

SOFC系統(tǒng)是一門多學(xué)科、多種技術(shù)的綜合應(yīng)用體，其中的SOFC單電池是其關(guān)鍵部件之一，單電池按形狀可分為兩大類即管式和平板式。管式電池具有容易密封的優(yōu)點(diǎn)，而平板式電池具有能量密度高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。本專利是有關(guān)平板式電池的制備方法，本專利提出了一種水系流延法制備大面積、高致密度中溫SOFC電解質(zhì)薄膜的方法。為采用環(huán)境友好、低成本的水系流延技術(shù)工業(yè)化制備SOFC電解質(zhì)薄膜提供技術(shù)，有助于我國(guó)固體氧化物燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。?

陽(yáng)極支撐型SOFC單電池由于其電解質(zhì)薄膜化（其厚度一般為10～30μm），使得其操作溫度為中溫（650～800℃）被稱為第二代的SOFC。相比較第一代的SOFC是以電解質(zhì)為支撐的電池其操作溫度降低，第一代的SOFC單電池的操作溫度為850～1000℃。操作溫度的降低是SOFC的發(fā)展方向。本專利是有關(guān)陽(yáng)極支撐型的SOFC單電池的制備技術(shù)，縱觀世界各國(guó)的該單電池制備的工藝，總的分為兩種：一種為先流延陽(yáng)極，再低溫?zé)Y(jié)陽(yáng)極后在多孔陽(yáng)極上噴涂電解質(zhì)薄層，再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)獲得SOFC半電池，絲網(wǎng)印刷陰極再燒陰極，最后獲得SOFC單電池；另一種方法是采用流延制備電解質(zhì)薄膜和陽(yáng)極厚膜，將這兩層膜通過(guò)熱壓疊層獲得陽(yáng)極支撐型的電解質(zhì)薄膜的復(fù)合膜，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)獲得SOFC半電池，絲網(wǎng)印刷陰極，再燒陰極，最后獲得SOFC單電池。這兩種方法的比較后者因?yàn)殛?yáng)極和電解質(zhì)同時(shí)燒結(jié)而成，其兩層的結(jié)合更加緊密，這樣使得半電池的強(qiáng)度更好；同時(shí)也只燒一次所以工藝簡(jiǎn)單且成本較低。因此后一種方法更佳。另外流延可以分為水系流延和非水系流延成型技術(shù)，水系流延因?yàn)橐运疄槿軇h(huán)保且低成本，水系流延是流延技術(shù)的發(fā)展方向，工業(yè)上水系流延將逐步取代非水系流延技術(shù)。電池的電解質(zhì)薄膜是具有一定面積的，因?yàn)殡姵氐拿娣e直接關(guān)系到單電池的單片的發(fā)電量，面積越大，發(fā)電量也越大，這有助于后續(xù)的組堆和系統(tǒng)集成；電池的電解質(zhì)薄膜要薄，因?yàn)槠潆妼?dǎo)率與其厚度成指數(shù)關(guān)系，隨著厚度增加，其電導(dǎo)率隨指數(shù)關(guān)系下降，極大影響其電性能，因此一般電解質(zhì)的厚度為10～30μm；除了電解質(zhì)面積大和厚度薄之外的要求，對(duì)電解質(zhì)最重要的要求還有電解質(zhì)的氣密性，電解質(zhì)是介于陽(yáng)極和陰極之間的一個(gè)薄層，是將電池的氧化與還原反應(yīng)相隔開(kāi)的唯一薄層，如果電解質(zhì)兩邊的氣體相互串氣，將很快導(dǎo)致電池的衰減和破壞。由于電解質(zhì)面積大且厚度薄，因此向電解質(zhì)薄膜的成型技術(shù)提出了非常高的要求，即該電解質(zhì)薄膜燒成后致密度非常高，基本上沒(méi)有氣孔（除了內(nèi)部極少量的微小閉口氣孔外）。由于所成型的電解質(zhì)僅為10～30μm?，因此一般采用納米級(jí)的8YSZ粉體制備電解質(zhì)。?

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種陽(yáng)極支撐型中溫SOFC單電池的8YSZ電解質(zhì)薄膜制備方法，該方法采用環(huán)保型的水系流延法，制得的電解質(zhì)薄膜面積大、致密度高，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。?

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種陽(yáng)極支撐型中溫SOFC單電池的8YSZ電解質(zhì)薄膜制備方法，依次包括如下工藝步驟：?

（1）???????將一定量粉體粒徑為50～90nm的8YSZ粉體加入到一定量的采用氨水調(diào)節(jié)好pH值為9～11的蒸餾水中，進(jìn)行1～5hr的快速球磨（如行星球磨機(jī)球磨，其球磨速度可達(dá)350轉(zhuǎn)/分鐘）待用；

（2）???????加入一定量的分散劑進(jìn)行快速球磨2～6hr后再進(jìn)行24～48hr的慢速球磨（球磨速度為150～200轉(zhuǎn)/分鐘）分散待用；

（3）???????再加入一定量且盡可能少的粘結(jié)劑，繼續(xù)慢速球磨24～48hr待用；

（4）???????將上述所得的水系漿料真空除泡后進(jìn)行流延操作，其流延厚度為80～120μm；