[發明專利]一種燃料電池及燃料電池的制作方法

有效

• 申請號: 201510434675.1
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN105140526B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 吳艷;夏晨;張煒;董文靜;朱斌;楊祥;張大鵬;肖文丁
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;湖北大學;南京蘊納納米科技有限公司;臨安中地大選礦科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 房德權

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池及燃料電池的制作方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池由于具有能源轉化效率高和污染排放少的優勢，吸引了廣泛的關注和研究，在過去的幾十年中獲得了快速的發展。但是，固體氧化物燃料電池長期以來面臨高溫材料和高造價的挑戰，例如最普遍使用的電解質釔穩定的二氧化鋯，它需要在800-1000℃高溫下才能產生足夠的電導率。由于其電解質氧離子電導率的限制，固體氧化物燃料電池至今還沒有商業化。因此當前固體氧化物燃料電池的研究主要趨勢為低溫化操作，以解決高溫操作難以解決的眾多技術難題。

近年來的研究中，科學家一方面開發在低溫有足夠高離子電導率的新材料，嘗試用納米技術改進固體氧化物燃料電池材料的導電特性，希望達到降低固體氧化物燃料電池工作溫度的目的。在另一方面,發展可應用于低溫條件的兩相復合功能材料也成為一個重要的策略。例如，L.Fan等報道了摻雜氧化鈰-碳酸鹽兩相復合電解質材料體現出優異的離子導電性能和低溫催化活性，在300℃低溫下該類電解質的導電率可達0.1S/cm,而傳統的固體氧化物燃料電池要在1000℃下才能達到同樣水平。B.Zhu等提出了一種基于半導體離子導體復合納米材料的新型無電解質燃料電池，該器件摒棄了電解質隔離陽極陰極的復雜結構，將陽極陰極電解質集于一體形成“三合一”電池。這種燃料電池能夠在低溫300-600℃下操作并獲得優異輸出功率。此外，S.Tao最新報道了一種半導體α-LiFeO₂與絕緣體γ-LiAlO₂通過固相反應法合成的納米復合材料，在650℃的氫氣或空氣氣氛中獲得了0.50S cm^-1的離子電導率。

上述研究中，無電解質燃料電池作為一種新型的電池技術開拓了一個全新的科學前沿領域。自然納米技術選擇無電解質燃料電池為2011年研究的亮點報道并命名為:“三合一”。這種燃料電池技術避免了電池組件之間反應的可能性以及其它各種高溫和結構復雜的局限性，把復雜高成本的電化學器件的制造變為簡單的低成本機械制造，將實現燃料電池的商業化。選擇合適的材料制作無電解質燃料電池是非常重要的課題。

綜上可知，燃料電池的制作材料是當前該領域的重要研究課題，現有技術中的燃料電池普遍存在制作材料昂貴，不易獲得的技術問題。

發明內容

本發明通過提供一種燃料電池及燃料電池的制作方法，解決了現有技術中燃料電池普遍存在的制作材料昂貴，且不易獲得的技術問題。

一方面，本申請實施例提供了如下技術方案：

一種燃料電池，所述燃料電池的陰極、陽極和中間層被壓制成陶瓷片；所述中間層位于所述陰極和所述陽極之間；

其中，所述中間層由赤鐵礦材料制備，所述赤鐵礦材料包括的成分及重量百分比為：Fe₂O₃大于60％、SiO₂大于15％、CaSiO₄和CaCO₃的總量大于5％。

可選的，所述中間層具體為：所述赤鐵礦材料；或所述赤鐵礦材料與鑭鍶鈷鐵氧化物形成的第一復合材料；或所述赤鐵礦材料與鑭鈰鐠氧化物形成的第二復合材料。

可選的，當所述中間層為所述赤鐵礦材料時，所述陰極為所述赤鐵礦材料與鑭鍶鈷鐵氧化物按1:1的體積比制備的混合物；所述陽極為所述赤鐵礦材料與鎳鈷鋁鋰氧化物按1:1的體積比制備的混合物；當所述中間層為所述第一復合材料時，所述陰極和所述陽極均為鎳鈷鋁鋰氧化物與泡沫鎳形成的電極材料；當所述中間層為所述第二復合材料時，所述陰極和所述陽極均為鎳鈷鋁鋰氧化物與泡沫鎳形成的電極材料。

另一方面，提供了一種燃料電池的制作方法，包括：

研磨赤鐵礦材料為粉末狀，所述赤鐵礦材料包括的成分及重量百分比為：Fe₂O₃大于60％、SiO₂大于15％、CaSiO₄和CaCO₃的總量大于5％；

用粉末狀的所述赤鐵礦材料制備中間層材料；

將陰極材料、陽極材料和所述中間層材料壓制成陶瓷片；所述中間層材料位于所述陰極材料和所述陽極材料之間。