[發明專利]一種抗積碳金屬支撐固體氧化物燃料電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910018604.1
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109904497B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 王欣;李奇昊;池波;李箭;蒲健;賈禮超;顏冬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/0612;H01M8/0273;H01M4/86
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，并公開了一種抗積碳金屬支撐固體氧化物燃料電池及其制備方法。所述電池包括依次緊密結合的多孔催化重整層、多孔金屬支撐層、多孔陽極功能層、致密電解質層和多孔陰極層，其中，所述多孔催化重整層包括Ni?M合金及儲氧?吸水氧化物；所述多孔金屬支撐層包括Ni?M合金和MgO；所述多孔陽極功能層包括Ni?M合金及螢石結構氧化物或者Ni?M合金及(離子導電型)鈣鈦礦結構氧化物。本發明還公開了相應電池的制備方法。本發明燃料電池在以碳氫化合物為燃料時，可以在碳氫化合物燃料中長期穩定運行，其制備工藝成本低廉，適用于大面積單電池及規模化生產制造，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，更具體地，涉及一種抗積碳金屬支撐固體氧化物燃料電池及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將化石燃料(煤、石油、天然氣以及其他碳氫化合物)中的化學能直接轉換為電能的電化學裝置。SOFC具有高效、環保、靜音、可模塊化等優點，在固定電站、移動交通運輸領域以及軍事領域等有著廣泛的應用前景，其成功應用對于緩解能源危機、滿足人類對電力數量及質量的需求和保護人類的生存環境等都具有重大的意義。

傳統SOFC單電池的結構類型通常包括電解質支撐型(ES-SOFC)、陰極支撐型(CS-SOFC)和陽極支撐型(AS-SOFC)。在上述結構中，提供力學支撐的通常為陶瓷或金屬陶瓷材料，盡管其高溫耐腐蝕性較好，但是在遇到應力、沖擊、振動以及快速熱循環時，容易發生結構失效。隨著SOFC中低溫化的發展，廉價的不銹鋼材料作為連接體已經在SOFC電堆中得以應用，同樣地，金屬材料也可以用作SOFC的支撐體。金屬支撐型SOFC(MS-SOFC)被稱為第三代SOFC技術，與電解質支撐型及電極支撐型SOFC相比，MS-SOFC在成本、制造、機械強度和耐久性等方面具有顯著優點：(1)采用成本較低的金屬材料作為支撐體，大大降低SOFC的成本；(2)能夠有效提高SOFC的機械強度，使單電池及電堆承受更強的沖擊、振動或機械負載；(3)單電池強度的提高還有益于提高其可加工性，可以承受劇烈或快速的操作及加工；(4)MS-SOFC具有更好的氧化還原及熱循環性，其良好的熱循環性可實現SOFC的快速啟停。

MS-SOFC從上世紀60年代首次被報道，至90年代中期再次引發關注，至今又經歷了近20年的研究和發展。MS-SOFC技術日趨進步，尤其是隨著SOFC中低溫化的發展，其優勢更加突出，并逐漸成為SOFC領域研究熱點之一。近年來，針對MS-SOFC中所存在的金屬氧化、元素擴散、電極毒化以及單電池制備等問題，國際上已有眾多研究機構做出了很多的工作。但是，目前關于MS-SOFC的研究主要還僅限于以H₂為燃料階段，以碳氫化合物為燃料MS-SOFC的研究并不多見。直接以碳氫化合物為SOFC的燃料，可以降低因燃料外部重整帶來的系統復雜性及昂貴的生產成本，同時還可以避免燃料在儲存及運輸方面存在的技術困難，有利于SOFC技術的商業化，這是目前SOFC技術研究的熱點和主攻方向。

然而，與其他SOFC一樣，使用碳氫化合物為燃料所導致的陽極積碳問題是MS-SOFC所面臨的亟待解決的關鍵難題。一方面，碳的沉積會阻礙燃料氣在陽極內部的擴散，降低陽極功能層的活性反應面積，使陽極性能衰減直至完全失效；另一方面，積碳還會導致金屬支撐體發生粉化，破壞單電池結構。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種抗積碳金屬支撐固體氧化物燃料電池及其制備方法，其目的在于解決金屬支撐型固體氧化物燃料電池在以碳氫化合物為燃料時容易產生積碳的問題，使金屬支撐型固體氧化物燃料電池可以在碳氫化合物燃料中長期穩定運行。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種抗積碳金屬支撐固體氧化物燃料電池，其特征在于，包括依次緊密結合的多孔催化重整層、多孔金屬支撐層、多孔陽極功能層、致密電解質層和多孔陰極層，其中，

所述多孔催化重整層包括Ni-M合金及儲氧-吸水氧化物；