[發明專利]一種固體氧化物燃料電池陽極支撐體的簡易制備方法

在審

• 申請號: 201710435073.7
• 申請日: 2017-06-10
• 公開（公告）號: CN107275657A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 肖杰
• 申請（專利權）人: 云南探源者科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0271
• 分類號: H01M8/0271;H01M8/1226
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

【技術領域】

本發明涉及固體氧化物燃料電池的制備技術領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池陽極支撐體的簡易制備方法。

【背景技術】

固體氧化物燃料電池(簡稱SOFC)是一種全固態組件的能量轉換裝置，包括固體電解質材料、陽極材料、陰極材料以及連接材料，都是全陶瓷結構，比起其它類型的燃料電池，使用的材料比較廉價，沒有液體參與燃料電池，并且電解質較為穩定，所以SOFC具有以下明顯的優勢和特點，使它比其他類型的燃料電池更具有吸引力：①使用全固態組件，不存在材料腐蝕和電解液泄漏的問題；②使用全固態組件，不存在材料腐蝕和電解液泄漏的問題；③不需要使用貴金屬電極材料，使電池制作成本大大下降；④工作溫度高，反應動力學快，產生高質量的余熱適合于熱電聯產，可提高能量利用綜合效率(可達80％)；⑤燃料適用范圍廣泛，不僅可以使用H₂和CO等作燃料，而且可以直接使用天然氣、煤氣化氣和其它碳氫化合物或液態醇類等作燃料；⑥電極反應過程相當迅速，可以承受較高濃度的硫化物和CO的毒害，對電極要求大大降低。因此，SOFC在大型電站、分布式電站、家庭熱電聯供系統、汽車輔助電源等領域有著廣闊的應用前景。

陽極是SOFC的重要組成部分，陽極材料的性能會直接影響SOFC的性能。通常SOFC陽極材料必須滿足以下要求。①它必須提供燃料電化學氧化反應的場所，具有良好的催化活性和高的電子導電率，使電子能夠順利傳到外電路而產生電流；②具有良好的化學和熱穩定性，與其接觸的材料具有良好的化學兼容性及熱膨脹的匹配性；③具有合適的孔隙率，使燃料氣能擴散到陽極參與電化學反應，并同時將反應產生的氣體和副產物帶走。陽極支撐型SOFC具有制備簡單、電池性能高等優點而被廣泛使用，它是由多孔陽極支撐體、致密電解質膜和多孔陰極組成的三層結構，其中陽極支撐型SOFC制備的最關鍵技術之一就是多孔陽極支撐體的制備。陽極支撐體除了需要滿足上述陽極的要求之外，還需要具有一定的厚度和機械強度來起到支撐電解質膜的作用。

目前普遍采用的制備陽極支撐體的工藝有注漿成型法、擠出法和傳統的流延法等。然而上述的成型制備工藝對漿料的要求較高，而且工藝流程較復雜，靈活性差，導致工作效率低下，成本高等缺點。

【發明內容】

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種固體氧化物燃料電池陽極支撐體的簡易制備方法，它能實現工藝流程較較簡單和靈活的多孔陽極支撐體的制備，且不存在兩種粉體的均勻混合漿料難以制備的問題，節約了成本以及提高了制備效率，它具有成型快，操作簡便，并可實現小批量生產等優點。

本發明所述的一種固體氧化物燃料電池陽極支撐體的簡易制備方法，它采用如下的方法步驟：

步驟一：漿料配制，其采用的步驟如下：

I)將氧化鎳(NiO)、8mol％氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)、石墨粉與有機添加劑球磨混合3-4h形成懸浮漿料；其中：NiO和YSZ重量比1：1；

II)步驟I中的有機添加劑為聚乙烯醇縮丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二正辛酯和無水乙醇；

III)懸浮漿料中的氧化鎳、8mol％氧化釔穩定的氧化鋯、石墨粉、聚乙烯醇縮丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二正辛酯和無水乙醇的重量百分比為16-18％：16-18％：2-4％：5-8％：1.5-2％：3-4％：3-4％：45-47％；

IV)制備時，其高速球磨過程中，漿料中非常容易引入氣泡，而氣泡對下一步驟中的刮刀成型是非常不利的，會在生坯的表面或者內部留下氣孔等缺陷，故之前要對漿料除氣泡，采用抽真空的辦法，將漿料置于真空旋轉儀中降壓到-2MPa，即可得到穩定均勻的陽極漿料；

步驟二：刮刀成型，采用的步驟如下：

I)首先在光滑平整的玻璃板上平行地貼上兩條密封膠帶，長度為20cm，兩條膠帶間距為5cm，即將20×5cm的玻璃板作為載體；

II)然后將適量步驟I得到的陽極漿料倒入膠帶之間的玻璃板上，用透明三角板作為刮刀將漿料均勻平整地填充膠帶之間的玻璃載體區域；

III)待漿料干燥形成膠膜后，用小刀沿著膠帶邊緣將膠膜割出，小心地將膠膜掀起，得到20×5cm的陽極膠膜以備用；

IV)將膠膜剪成5×5cm的形狀，根據需要將不同層數的膠膜疊加得到一定的陽極厚度，用壓片機以200～300MPa的壓力壓制并保壓15-20min，使多層膠膜緊密的結合在一起，然后用打孔器即可打出扣式NiO-YSZ陽極支撐體生坯；

步驟三：高溫燒結：采用的步驟如下：