[發明專利]一種蜂窩狀高性能的固體氧化物可逆電池氫電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911030257.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN111029592B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 楊廣明;肖祝如;王耀偉;劉建鵬;史會兵;欒波;滕中陽;周嵬;邵宗平
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;山東京博石油化工有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/12
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發明涉及一種高孔隙率的蜂窩狀固體氧化物可逆電池氫電極的制備方法，屬于固體氧化物可逆電池技術領域。通過優化相轉變流延法制備的分子式為氧化鎳和氧化釔穩定的氧化鋯復合的多孔氫電極，這種氫電極由質量分數為60%的NiO和40%的YSZ組成，這種通過優化相轉變流延法制備的蜂窩狀氫電極的孔隙率要遠高于普通的流延法制備的流延片。在以氧離子導體電解質YSZ和SSNC為氧電極時，相應單電池在750℃下時，在固體氧化物燃料電池模式下在，優化的流延法制備的電池能夠獲得2.3 W cm^?2的最大輸出功率；在固體氧化物電解池模式下，在1.3 V時能得到?1.59 A cm^?2的最大電流密度。

技術領域

本發明涉及一種高孔隙率的三維蜂窩狀固體氧化物可逆電池氫電極的制備方法及其應用。

背景技術

固體氧化物可逆電池（SOC）是一種具有應用前景的能量轉換和儲存裝置，因其具有能量轉換效率高、清潔無污染、可模塊化操作和全固態結構等優點，是實現節能減排和可持續發展的一種可行裝置。固體氧化物可逆電池分為固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解池（SOEC）兩種模式，在SOEC模式下，利用可再生能源的剩余電力將水電解成氫氣儲存起來，之后在SOFC模式下又將氫氣所儲存的化學能轉化為電能用于人們的日常生活與生產，產生的水又能作為SOEC下的原料氣，經濟環保。傳統的固體氧化物可逆電池氫電極主要組成是Ni-YSZ，具有存儲量豐富和價格低廉的優點，但是其性能還有待進一步提高，這就嚴重阻礙了其大規模的商業化應用。同時傳統的氫電極的制備工藝孔隙率較低，因而需要發展更加先進的制造技術對傳統的氫電極進行優化，以制備出高性能的固體氧化物可逆電池。

發明內容

本發明提出了一種采用相轉變方法制備高孔隙率的可逆電池氫電極的方法，本方法制備得瑟牟電極材料具有較高的孔隙率，同時也表現出了較高的催化活性位，使得電池性能進一步的優化；并且，本方法的方法中相轉變過程中所使用溶劑為綠色溶劑，對環境污染小，具有環保的優點。

本發明制備出了高孔隙率的蜂窩狀固體氧化物可逆電池氫電極，改善現有傳統氫電極制備工藝復雜以及孔隙率不高的不足。本發明提供的相轉變流延法，通過改變聚合物、溶劑和非溶劑的組分，對Ni-YSZ氫電極孔道結構進行調控，得到蜂窩狀的孔道結構。通過相轉變法可以將氫電極的孔隙率由32.1％提升至60.8％，同時形成三維蜂窩狀結構，為電池在SOFC和SOEC模式下提供足夠的反應活性位。

技術方案：

本發明的第一個方面，提供了：

一種相轉變法制備的固體氧化物可逆電池氫電極材料，其組成通式為Ni-YSZ，孔道結構為三維蜂窩狀。

在一個實施方式中，電極材料的孔隙率55-65%。

本發明的第二個方面，提供了：

上述的相轉變法制備的固體氧化物可逆電池氫電極材料的制備方法，包括如下步驟：

第1步，將NiO和YSZ與適量的二甲苯、乙醇和魚油混合后，在球磨機上球磨；

第2步，再在球磨機中加入聚乙二醇400、鄰苯二甲酸二辛酯、環己酮和聚乙烯醇縮丁醛，繼續球磨；

第3步，對第2步球磨后的漿料進行脫泡處理后，在流延機上流延成型，再浸入水相中；浸泡小時后將流延帶取出，干燥、煅燒后，得到電極材料。

在一個實施方式中，NiO和YSZ的質量比是6:4。

在一個實施方式中，第1步中和/或第2步中的球磨時間是12-24h。

在一個實施方式中，第1步中，二甲苯、乙醇和魚油與NiO和YSZ的質量比是70:50:6:120:80。