[發明專利]一種固體氧化物燃料電池復合陰極集流材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710263582.6
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106935879A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 蒲健;李喆;馮江濤;楊佳軍;顏冬;池波;李箭
• 申請（專利權）人: 常州聯德電子有限公司
• 主分類號: H01M8/0226
• 分類號: H01M8/0226;H01M8/0206;H01M8/0215;H01M8/1246
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙)32233
• 代理人: 萬花

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，尤其是一種固體氧化物燃料電池復合陰極集流材料的制備方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，以化石能源為主的傳統能源供給方式已經難以為繼。一方面，大量的廢水，廢氣，廢渣對環境造成嚴重破壞，“溫室效應”也成為人類社會可持續發展的巨大阻礙；另一方面，化石燃料在轉化為電能或機械能的過程造成大量能量損耗，其燃料使用率僅有33%~35%。氫能和燃料電池是實現能源清潔化、低碳化發展的重要途徑之一。燃料電池是一種將存在于燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，具有能量轉換效率高與模塊擴充性等優點。

固體氧化物燃料電池屬于第三代燃料電池，它區別于其他燃料電池的主要特點在于采用固態離子導電的氧化物作為電解質材料，具有以下優點：(1)全固態結構，外型結構設計更具靈活性；(2)運行溫度高，電極反應動力學快，不需要使用貴金屬催化劑；(3)燃料使用多樣化，不僅可以使用CO與H₂等作為燃料氣，也可以重整使用煤氣、甲烷及液態燃料；(3)適合熱電共聯，能量利用效率高達80%左右。

對于工作在800 ^oC以下的中溫SOFC而言，陰極界面所產生的接觸電阻遠高于陽極，兩者有數量級的差別。因此，金屬連接體與電池陰極之間的界面性能已經成為制約中溫SOFC技術發展的瓶頸。為了降低兩者之間界面的面比電阻，需要使用高電子導電的材料作為陰極界面層。如圖1所示，陰極界面層位于電池陰極與金屬連接體之間，在保證電流收集效率的前提下，通過調制粉體的顆粒度，優化界面層內部的孔隙率，使之滿足空氣到達三相界面、參與電化學反應的要求。

陰極界面接觸問題是造成固體氧化物燃料電池電堆性能衰減的主要因素。陽極側處于還原性燃料氣氛中，通常采用鎳漿和泡沫鎳作為接觸材料，金屬鎳可以在電池陽極與金屬連接體之間形成快速的電子導電通道，而陰極界面接觸材料處在高溫氧化氣氛中，界面接觸狀態較為復雜。基于材料成本和熱膨脹系數匹配性的考慮，不能選擇性能穩定，導電性良好的貴金屬Au，Pt。通常在陰極和連接體之間填充一種多孔的高溫導電陶瓷材料改善陰極界面接觸，其主要作用為：(1)在陰極與金屬連接體間形成有效導電通路，將外電路傳導的電子通過金屬連接體傳導至陰極表面，使陰極氧還原反應順利進行；(2)界面接觸材料是一層柔性的陶瓷粉體堆積而成，可以釋放相鄰組件因熱膨脹系數差異而產生的熱應力，有效避免了連接體與陶瓷電極直接接觸產生的應力性破壞。具有鈣鈦礦結構的LaxSr_1-xMnO₃（LSM）是最常用的陰極和界面集流材料，LSM具有較高的電子導電性，在高溫下表現出良好的電化學性能。但是隨著SOFC的工作溫度降低，LSM的電子導電率有所下降，不能完全滿足其作為陰極界面材料的性能要求。

發明內容

為了克服現有的電池在低溫下無法保持導電率的不足，本發明提供了一種固體氧化物燃料電池復合陰極集流材料的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種固體氧化物燃料電池復合陰極集流材料的制備方法，Ag顆粒與LCN顆粒通過機械混合制備成LCN-Ag復合陰極界面材料，Ag為銀，LCN為陶瓷，Ag顆粒的比例為5 wt%~30 wt%，Ag顆粒的尺寸大小范圍為0.1 μm~5 μm，LCN顆粒的尺寸大小范圍為0.05 μm至2 μm。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述LCN顆粒是利用金屬陽離子、非螯合聚合物和溶劑所混合的溶液干燥并煅燒而成，煅燒溫度為700 ^oC~1200 ^oC，保溫時間為保溫時間為1~5 h。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括所述陽離子來源是金屬的硝酸鹽、硫酸鹽或氯酸鹽，溶液為PVA水溶液，按照PVA羥基與所有金屬陽離子正電荷摩爾比為1：4稱量PVA，在溫度為90 ^oC水浴溫度下攪拌12h得到溶液。

本發明的有益效果是，該發明LCN-Ag陰極界面材料既可以單獨使用，也可以與其他陰極接觸材料聯合形成多層結構使用。技術人員可以根據實際需要適當選擇LCN的煅燒工藝和復合材料中Ag的比例，從而解決鈣鈦礦結構陶瓷高溫導電性不足，而金屬Ag價格較高、易于團聚的問題。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是固體氧化物燃料電池陰極集流層與金屬連接體關系示意圖；