[發明專利]一種氧電極支撐的固體氧化物電解電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201911069517.5
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN112250437B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 董德華;李天培
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622;C25B11/091
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 孔娟

本發明屬于固體氧化物電解電池技術領域，具體涉及一種氧電極支撐的固體氧化物電解電池。制備方法為：將氧電極粉體、聚合物、溶劑、分散劑混合形成均勻漿料；在上下兩個模具間放置篩網，將漿料澆注到模具中，加入絮凝劑進行相轉變得到膜坯體；移去篩網，浸泡后干燥，然后燒結，得到預燒好的膜體；將電解質粉體加入到含有分散劑的乙醇中，球磨得電解質漿料，將預燒好的膜體先后浸漬球磨好的電解質漿料，共燒后形成電解質層；將陰極粉體加入到含有分散劑的乙醇中，球磨，將球磨好的陰極漿料噴涂在電解質層上，燒制，粘附上銀絲，得到氧電極支撐的固體氧化物電解電池。本發明首次實現了氧電極支撐的固體氧化物電解電池。

技術領域

本發明屬于固體氧化物電解電池技術領域，具體涉及一種氧電極支撐的固體氧化物電解電池。

背景技術

利用可再生能源代替化石燃料是現代社會迫切需要解決的問題。其中風能和太陽能是新興的清潔可再生能源能源，但是都受自然條件所影響，不能做到連續提供能源，所以需要能源存儲裝置。可再生能源存儲裝置包括儲能電池和電解電池。鋰離子電池和鈉離子電池存儲電量有限，難以大規模應用。電解電池可以實現連續存儲，通過電解CO₂和/或H₂O將電轉化為化學能。相對于低溫電解，高溫固體氧化物電解電池（SOEC）可以利用自然界熱能或工業余熱，它具有更高能量效率。

在工業生產中為了提高生產率和降低成本，往往需要SOEC在高的電流密度下運行，但是陽極會產生大量氧氣，氧電極 /電解質界面處的高氧分壓導致陽極與電解質分層，使電池性能衰減。這種衰減主要歸因于SOECs的氧電極跟電解質的結合力不強。因為傳統SOECs多為燃料電極支撐，燃料電極和電解質高溫共燒（1400 °C左右），氧電極是通過絲網印刷或濕粉末噴涂方法制備在電解質上，然后進行燒結，受燒結溫度（1000 °C左右）的限制，燃料電極跟電解質的結合力弱。有研究者采用氧電極骨架和電解質共燒的方法提高氧電極與電解質的結合力（Adv. Energy Mater. 2018, 1802203），但是需要浸漬法制備氧電極，不僅需要多步完成，而且電極微結構可控性和穩定性差。也有報道采用共燒氧電極前驅物和電解質的方法（Journal of the European Ceramic Society 35 (2015) 4617–4621），但是沒有電池性能的報道。在氧電極前驅物（碳酸鹽）分解過程中產生的大量氣體會影響20μm左右電解質層的致密性，使得該方法無法用于實際應用。氧電極支撐的固體氧化物燃料電池已有應用研究，將氧電極和電解質經過高溫共燒。由于氧電極材料在高的共燒溫度容易燒結，造成電極孔隙率低，氧氣釋放慢，所以不適合SOECs在高電流下操作。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明的目的是開發一種具有分叉孔道結構的氧電極作支撐電極的固體氧化物電解電池，首次實現氧電極支撐的固體氧化物電解電池，具有分叉孔道結構的電極支撐體抗燒結，而且分叉孔道可以提供氧氣釋放的快速通道。

為實現上述發明效果，本發明采用以下技術方案：

一種氧電極支撐的固體氧化物電解電池的制備方法，采用以下步驟：

（1）將氧電極粉體、聚合物、溶劑、分散劑放在球磨罐中，球磨混合形成均勻漿料；

（2）在上下兩個模具間放置篩網，將漿料澆注到模具中，在漿料上面加入絮凝劑進行相轉變得到膜坯體；

（3）將步驟（2）得到的膜坯體脫模，移去篩網，將膜坯體在水中浸泡后干燥，然后燒結，得到預燒好的膜體；

（4）將電解質粉體加入到含有分散劑的乙醇中，球磨得電解質漿料，將步驟（3）預燒好的膜體先后浸漬球磨好的電解質漿料，共燒后形成致密電解質層；

（5）將陰極粉體加入到含有分散劑的乙醇中，球磨，將球磨好的陰極漿料噴涂在步驟（4）共燒后形成電解質層上，燒制，粘附上銀絲，得到氧電極支撐的固體氧化物電解電池。