[發明專利]固體氧化物燃料電池的制備方法

有效

• 申請號: 202010569865.5
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111933980B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 陳輝;周世界;朱慧;劉璐;凌意翰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/00;H01M8/02;H01M8/2404
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 嚴超

本發明具體涉及一種固體氧化物燃料電池的制備方法。該制備方法主要包括以下步驟：在燒結致密的電解質片上旋涂阻隔層GDC漿料，得半成品電池；將半成品電池壓附在待制備的電池上進行燒結；所述待制備的電池依次包括陰極層、GDC阻隔層、電解質層、GDC阻隔層、陽極層。上述固體氧化物燃料電池的制備方法工藝簡單，對設備要求低，操作方便；制備得到的固體氧化物燃料電池，電池電極與電解質不易脫落，顯著提高了電池的開路電壓。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能夠持續、高效的轉換和儲存能量的電化學裝置，是繼磷酸型燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池之后，能量轉換效率最高的第三代燃料電池。

SOFC的電解質及電極材料的選擇十分關鍵，一方面材料本身的電化學性質決定了電池的性能，另一方面電解質和電極之間界面的微觀結構及原子排列也強烈地影響著界面的電化學性質，進而影響電池的性能。由于SOFC組裝過程中需要進行高溫處理，而運行時又長期處于高溫環境中，因此電解質和電極很容易出現接觸不好、電極脫落現象，嚴重影響SOFC的整體性能，另外，界面反應也是SOFC運行過程中性能衰減的主要原因。

因此，如何保證電解質與電極之間良好的接觸，提高電池的開路電壓，保證電池的長期穩定性能具有重要的研究意義。

發明內容

基于此，本發明的目的在于提供一種固體氧化物燃料電池的制備方法，其制備得到的固體氧化物燃料電池電極與電解質不易脫落，顯著提高了電池的開路電壓。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

本發明提供一種固體氧化物燃料電池的制備方法，包括以下步驟：

S1，在燒結致密的電解質片上旋涂阻隔層GDC漿料，燒結，得到半成品電池；

S2，將半成品電池壓附在待制備的電池上進行燒結，即得；

所述待制備的電池依次包括陰極層、GDC阻隔層、電解質層、GDC阻隔層、陽極層。

其中，半成品電池壓附在待制備電池上燒結時的程序為：升溫速率為1～3℃/min；250～350℃保溫5～15min；750～850℃保溫5～15min；1000℃下保溫2～4h；然后以2～4℃/min的速率降至室溫。

其中，半成品電池的制備包括以下步驟：往燒結致密的電解質片其中一面上滴加GDC漿料，真空條件下旋涂均勻，450～550℃退火保溫；重復上述操作對電解質片另一面進行旋涂，450～550℃退火保溫；將上述雙面旋涂后的電解質片1200～1400℃退火保溫。

具體地，半成品電池旋涂時的燒結程序為：升溫速率為2～4℃/min；250～350℃保溫5～15min；450～550℃保溫25～35min；然后以2～4℃/min的速率降至室溫；半成品電池雙面旋涂后的燒結程序為：升溫速率為2～4℃/min；250～350℃保溫5～15min；750～850℃保溫5～15min；1200～1400℃下保溫2～4h；然后以2～4℃/min的速率降至室溫。

其中，GDC漿料的制備包括以下步驟：取8～12重量份GDC粉體，加入沒過GDC粉體量的丙酮，0.1～0.3重量份KD～1，混合均勻后球磨至KD～1被溶解；向上述球磨后的原料中添加有機粘合劑，繼續球磨至得到乳白色膠狀的粘稠液體，有機粘合劑的添加量與GDC粉體的質量比為(1～3)：1；恒溫保存至丙酮揮發至無味。

其中，有機粘合劑包括6％乙基纖維素的松油醇。

其中，電解質片的制備包括以下步驟：取25～35重量份電解質，加入沒過電解質粉體的丙酮，0.4～0.6重量份的KD～1，混合均勻后球磨，得電解質粉體；將電解質粉體加入模具中壓制成電解質生坯片；1300～1550℃燒結致密。