[發明專利]一種高性能固體氧化物燃料電池的多孔電極層及其電池和制備方法

有效

• 申請號: 202011228162.2
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112382765B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 劉琪;方東陽;劉志;胡禮軍;毛翔鵬
• 申請（專利權）人: 江西賽瓷材料有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/12
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

本發明公開了一種高性能固體氧化物燃料電池的多孔電極層，由具有氣孔的電極骨架層、以及附著于氣孔內壁的活性電極物質構成；所述氣孔為相互連通的氣體通道孔和微氣孔；所述氣體通道孔貫穿電極骨架層，其孔徑與電極層厚度一致，孔隙率為10～29％；所述微氣孔的孔徑為0.1～4μm，孔隙率為20～40％。此外，還公開了一種高性能固體氧化物燃料電池及其制備方法。本發明電極層采用相互連通的氣體通道孔和微氣孔的結構，在降低氣阻、提高氣體擴散速率的同時，具有很大的三相界面，從而能夠顯著降低極化電阻，有效提高了電池性能。并且，本發明電池以電解質層為支撐，燒制過程中其兩側對稱，不易產生應力集中，產品合格率高，在降低生產成本的同時有效提高了應用范圍。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種具有多孔結構的電極層及其電池和制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)通常由陽極、電解質、陰極組成。陽極和陰極通過采用高效的催化劑和多孔結構，可以提供反應界面并催化氧化還原反應。SOFC的性能很大程度上取決于由氣體、電極、電解質間形成的三相反應界面的多少，因而電極造孔方法至關重要。

傳統Ni基陽極制備方法利用混合電解質材料、Ni氧化物形成的電極材料在成型燒制后，在還原氣氛下將電極材料中的Ni氧化物還原引起體積變化，并產生微小氣孔來實現造孔。此造孔方法孔隙率低，活性催化物質單一，且過多地混合氧化物材料，易影響強度，很大程度上影響了電池的整體性能。以此制備的陽極支撐型固體氧化物燃料電池，單片電池片厚度偏厚，造成材料浪費。

也有在陽極支撐體中加入有機造孔劑的方法，但形成的孔道彎曲，難以形成通孔，且因陽極厚度厚，造孔劑用量大，在燒除有機物的過程中易造成環境污染。

其他造孔方法如有機泡沫法、發泡法等形成的多孔材料孔徑難以控制，且孔徑一般偏大，比表面積小，基體強度極差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高性能固體氧化物燃料電池的多孔電極，采用相互連通的氣體通道孔和微氣孔的結構，在降低氣阻、提高氣體擴散速率的同時，具有很大的三相界面，從而顯著降低極化電阻，提高電池性能。本發明的另一目的在于提供一種高性能固體氧化物燃料電池及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的一種高性能固體氧化物燃料電池的多孔電極層，由具有氣孔的電極骨架層、以及附著于氣孔內壁的活性電極物質構成；所述氣孔為相互連通的氣體通道孔和微氣孔；所述氣體通道孔貫穿電極骨架層，其孔徑與電極層厚度一致，孔隙率為10～29％；所述微氣孔的孔徑為0.1～4μm，孔隙率為20～40％。

上述方案中，本發明所述電極骨架層的原料由氧化物、石墨粉、PMMA粉末組成；所述石墨粉、PMMA粉末的用量分別為氧化物的20～40wt％、4～12wt％；所述氧化物為釔穩定氧化鋯(YSZ)、鈧穩定氧化鋯(SSZ)、鈰酸鋇(BCY)、鋯酸鋇(BZY)中的一種或其組合。

進一步地，本發明所述釔穩定氧化鋯(YSZ)為(Y₂O₃)_x(ZrO₂)_1-x，x＝0.08；所述鈧穩定氧化鋯(SSZ)為(Sc₂O₃)_x(ZrO₂)_1-x，x＝0.08～0.10；所述鈰酸鋇(BCY)為BaCe_1-xY_xO₃，x＝0.1～0.3；所述鋯酸鋇(BZY)為BaZr_1-xY_xO₃，x＝0.1～0.3。