[發明專利]一種噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法

在審

• 申請號: 201811038102.7
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109192995A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 勞長石;陳張偉;黎子永;何奕;李楊;歐陽竟
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開了一種噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，所述方法包括：按照預定質量百分比將電極粉末、表面活性劑、分散劑、揮發抑制劑、酸堿調節劑和溶劑制成混合溶液作為噴墨3D打印的電極墨水；根據要制備的電極結構制定打印程序，并輸入到噴墨3D打印機中；設置噴墨3D打印機的打印參數，包括：脈沖波形、峰值電壓、脈沖頻率、基板溫度、打印層數和單層間隔；按照設定的打印程序和打印參數，以預先制備好的電解質層作為打印基體，使用所述電極墨水進行噴墨3D打印，得到電極前體，并置于烘箱中進行干燥；對烘干處理后的電極前體進行燒結處理，得到固體氧化物燃料電池電極。

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池技術領域，尤其涉及一種噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置，具有高效率、無污染、全固態結構以及燃料選擇和移動靈活性等優點，在固定和移動電源領域具有廣闊應用前景。

固體氧化物燃料電池中電解質為全固態致密結構，陽極和陰極則均具有多孔微結構，合理的微結構是實現電/離子在不同材料中的有效傳輸、界面反應和擴散及提供結構支撐的保證，所以電極的制造手段對于電池和電極性能的改善也至關重要，是除了材料本身以外，對固體氧化物燃料電池可靠性和耐用性調控的另一關鍵因素。

然而固體氧化物燃料電池在其實用化過程中仍存在一些問題需要解決，傳統的制備方法如絲網印刷等獲得的是不可控、可重復性差的微結構，無法準確控制和平衡機械及電化學性能；傳統的制備方法中單層電極的厚度往往較厚，不利于根據固體氧化物燃料電池實際工作需求對其不同空間位置電極組分的調控。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，本發明提供一種噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，充分發揮噴墨3D打印技術為實現電極薄層可控化制造的優勢，作為解決固體氧化物燃料電池性能調控問題的創新而有效的手段。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，其中，所述噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法包括：

按照預定質量百分比將電極粉末、表面活性劑、分散劑、揮發抑制劑、酸堿調節劑和溶劑制成混合溶液作為噴墨3D打印的電極墨水；

根據要制備的固體氧化物燃料電池電極的結構制定打印程序，并輸入到噴墨3D打印機中；

設置噴墨3D打印機的打印參數，所述打印參數包括脈沖波形、峰值電壓、脈沖頻率、基板溫度、打印層數和單層間隔；

按照設定的打印程序和打印參數，以預先制備好的電解質層作為打印基體，使用所述電極墨水在所述打印基體上進行噴墨3D打印得到電極前體，并置于烘箱中進行干燥；

將烘干處理后的電極前體進行燒結處理，得到固體氧化物燃料電池電極。

所述的噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，其中，所述電極粉末、表面活性劑、分散劑、揮發抑制劑、酸堿調節劑和溶劑的質量比為10%:2%:0.5%:5%:10%:72.5%。

所述的噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，其中，所述電極粉末為燃料電池陰極鈣鈦礦材料，所述燃料電池陰極鈣鈦礦材料包括鑭鍶鈷氧體、鑭鍶鈷鐵氧體和鑭鍶鈷錳氧體中的一種或多種。

所述的噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，其中，所述表面活性劑為20%濃度的聚乙二醇水溶液。

所述的噴墨3D打印制造固體氧化物燃料電池電極的方法，其中，所述分散劑為三乙醇胺。