[發明專利]3D打印制備無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆的方法

有效

• 申請號: 201810364499.2
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108615909B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張津津;楊乃濤;于方永;孟秀霞;魏魯陽;孟波
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: H01M8/0273
• 分類號: H01M8/0273;H01M8/2404;H01M8/2475;B28B1/00
• 代理公司: 淄博啟智達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 37280
• 代理人: 王燕

1.一種3D打印制備無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆的方法，其特征在于：以電解質陶瓷粉體與光敏樹脂的混合漿料為原料，利用3D打印制備立體通道蜂窩型電解質支撐基體；采用浸漬法，在立體通道蜂窩型電解質支撐基體上分別沉積陽極層、陰極層，得到電解質支撐固體氧化物燃料電池，按照陰極-陽極-陰極的方式有效接觸對接密封，串聯后形成無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆；

無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆由多塊電解質支撐固體氧化物燃料電池按照陰極-陽極-陰極的方式有效接觸對接密封串聯形成；每塊電池包括相互平行排列的多組陶瓷微管（9），陶瓷微管（9）內形成管內流體通道（6），每組陶瓷微管（9）均設置在各自的陶瓷肋板（8）上，每組陶瓷微管（9）包含陶瓷微管管口呈直線排列的多個陶瓷微管（9），平行排列的多組陶瓷微管（9）之間彼此分離，形成管間流體通道（5）；陶瓷微管（9）上、下兩端均由陶瓷管板（10）將陶瓷微管（9）固定連接成束，端面為蜂窩狀，兩塊陶瓷管板（10）的兩側由兩塊陶瓷支撐板（7）連接，陶瓷支撐板（7）與陶瓷管板（10）垂直，陶瓷管板（10）、陶瓷支撐板（7）、陶瓷微管（9）與陶瓷肋板（8）均由3D打印一體化成型；

管間流體通道（5）與管內流體通道（6）為直通道或S型曲折通道；

立體通道蜂窩型電解質支撐基體上分別沉積陽極層、陰極層時，存在兩種浸漬方式，采用浸漬方式Ⅰ或浸漬方式Ⅱ進行浸漬：

浸漬方式Ⅰ：在管內流體通道（6）和陶瓷微管（9）上端管口所在的陶瓷管板（10）外表面ABCD浸漬陽極層，在管間流體通道（5）和陶瓷微管（9）下端管口所在的陶瓷管板（10）所有表面上浸漬陰極層；或者在管內流體通道（6）和陶瓷微管（9）上端管口所在的陶瓷管板（10）外表面ABCD浸漬陽極層，在管間流體通道（5）、陶瓷微管（9）下端管口所在的陶瓷管板（10）所有表面和陶瓷肋板（8）上浸漬陰極層；

浸漬方式Ⅱ：在管內流體通道（6）和陶瓷微管（9）上端管口所在的陶瓷管板（10）外表面ABCD浸漬陰極層，在管間流體通道（5）和陶瓷微管（9）下端管口所在的陶瓷管板（10）所有表面上浸漬陽極層；或者在管內流體通道（6）和陶瓷微管（9）上端管口所在的陶瓷管板（10）外表面ABCD浸漬陰極層，在管間流體通道（5）、陶瓷微管（9）下端管口所在的陶瓷管板（10）所有表面和陶瓷肋板（8）上浸漬陽極層；

浸漬過程中管內流體通道（6）內留有一段空白區，防止陰陽兩極接觸發生短路；浸漬方式為Ⅰ時，該空白區不浸漬陽極層；浸漬方式為Ⅱ時，該空白區不浸漬陰極層；

無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆的形成方式為一塊電解質支撐固體氧化物燃料電池的陶瓷微管（9）上端管口所在的陶瓷管板（10）外表面ABCD與另一塊電解質支撐固體氧化物燃料電池的陶瓷微管（9）下端管口所在的陶瓷管板（10）外表面A’B’C’D’有效接觸對接密封，按照陰極-陽極-陰極的方式，形成無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆。

2.根據權利要求1所述的3D打印制備無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）將電解質陶瓷粉體與光敏樹脂混合漿料作為原料，使用3D繪圖軟件設計電池堆幾何構型，通過3D打印軟件切片分層，利用3D打印機分層打印，一步成型制備立體通道蜂窩型電解質支撐基體素胚；

（2）素胚經脫脂、燒結獲得立體通道蜂窩型電解質支撐基體；

（3）采用浸漬法，在立體通道蜂窩型電解質支撐基體上分別沉積陽極層、陰極層，得到電解質支撐固體氧化物燃料電池；

（4）將多塊電解質支撐固體氧化物燃料電池按照陰極-陽極-陰極的方式有效接觸對接密封，實現多塊電解質支撐固體氧化物燃料電池串聯，形成無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆。

3.根據權利要求2所述的3D打印制備無連接體電解質支撐固體氧化物燃料電池堆的方法，其特征在于：所述的電解質陶瓷粉體與光敏樹脂的質量百分比為70:21-30。