[發(fā)明專(zhuān)利]一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811301947.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109686986B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田博元;劉少名;宋潔;梁丹曦;楊岑玉;徐桂芝;鄧占鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司;國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/86
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/86;H01M8/1016
• 代理公司: 北京三聚陽(yáng)光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池及其制備方法，該電池包括陽(yáng)極層、陰極層和設(shè)置于其中的電解質(zhì)層，其中，電解質(zhì)層包括BaCeO₃和/或SrCeO₃，陰極層包括ZnO；通過(guò)在陽(yáng)極層上涂布電解質(zhì)材料形成電解質(zhì)層后，將陰極材料熱壓至電解質(zhì)層上，煅燒、組裝后得到固體氧化物燃料電池。本發(fā)明制備得到的電池的電解質(zhì)層與摻入ZnO的陰極層之間形成一個(gè)類(lèi)似PN結(jié)二極管，阻止電流在電池內(nèi)部逆向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電子的單向?qū)?，有效地降低了電解質(zhì)層的電子電導(dǎo)，可以使用更低電阻的電解質(zhì)層，降低了電池的內(nèi)阻，減少了內(nèi)部短路造成的損耗，從而提高了燃料的利用率和發(fā)電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、噪聲小、污染小的優(yōu)點(diǎn)。其中，由于固體氧化物電池不使用貴金屬催化劑/組件，同時(shí)兼容氫氣、甲烷和一氧化碳等含碳?xì)怏w和煤氣化發(fā)電，被認(rèn)為是未來(lái)極具有競(jìng)爭(zhēng)力的新型發(fā)電技術(shù)。

固體氧化物燃料電池核心部件是電解質(zhì)、陰極和陽(yáng)極。電解質(zhì)材料要求具有很高的氧離子電導(dǎo)和很低的電子電導(dǎo)；陰極材料和陽(yáng)極材料要求具有良好的電子電導(dǎo)，同時(shí)，與電解質(zhì)材料要有良好的熱匹配性。目前，主流的電解質(zhì)材料為釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)或摻雜氧化鈰陶瓷；陽(yáng)極材料主要為多孔鎳/氧化鎳；陰極材料主要為錳酸鑭基和亞鈷酸鑭基陶瓷材料。

除了向外部負(fù)載供電以外，由于固體氧化物燃料電池組件也導(dǎo)通電子(陰、陽(yáng)極材料為良導(dǎo)體，電解質(zhì)具有一定的電子電導(dǎo))，所以電池也會(huì)向內(nèi)部供電、發(fā)熱，引起能量的損耗。如果要增加電阻、降低電子電導(dǎo)，需要加厚電解質(zhì)材料，同時(shí)也降低了離子電導(dǎo)，電池性能下滑。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的固體氧化物燃料電池內(nèi)部易短路，燃料的利用率低和發(fā)電性能較差的缺陷，從而提供一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池及其制備方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供了一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池，包括陽(yáng)極層，陰極層和設(shè)置于其中的電解質(zhì)層，

所述電解質(zhì)層包括BaCeO₃和/或SrCeO₃；

所述陰極層包括ZnO。

所述陰極層中ZnO占陰極層中材料總量的摩爾百分?jǐn)?shù)為10％-50％。

所述陽(yáng)極層包括BaCeO₃和/或SrCeO₃，及NiO。

所述陽(yáng)極層中NiO占陽(yáng)極層中材料總量的摩爾百分?jǐn)?shù)為50％-90％。

本發(fā)明還提供了一種單向電子導(dǎo)通固體氧化物燃料電池的制備方法，包括，

(1)在陽(yáng)極層上涂布電解質(zhì)材料，經(jīng)熱壓，煅燒后在陽(yáng)極層上形成電解質(zhì)層，其中，所述電解質(zhì)材料的制備方法為，

A：將鋇或鍶，鈰與稀土金屬摻雜物的硝酸鹽溶于酸溶液中，調(diào)節(jié)pH，加熱形成凝膠，升溫去除有機(jī)物，再煅燒后得到電解質(zhì)粉末；或

B：將碳酸鋇或碳酸鍶和氧化鈰與稀土金屬摻雜物的氧化物在600℃-1200℃下煅燒得到所述電解質(zhì)材料；

其中，所述摻雜物為鈧、釔、鑭、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鐿、镥的一種或幾種。

(2)將陰極材料熱壓至電解質(zhì)層上，煅燒后成陰極層，其中所述陰極材料為鑭鍶錳或鑭鍶鈷鐵與氧化鋅的混合物；

(3)進(jìn)一步熱壓，退火、煅燒形成穩(wěn)定的陶瓷結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)支撐體和連接體形成固體氧化物燃料電池。