[發明專利]一種固體氧化物電解池三元復合陽極的制備方法

有效

• 申請號: 202011481427.X
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112647089B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 王秀玲;趙哲;邵志剛;程謨杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C25B11/031
• 分類號: C25B11/031;C25B11/047
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周瑩;李馨

本發明涉及電解池技術領域，具體是一種固體氧化物電解池三元復合陽極的制備方法，三元復合陽極由離子傳導相、電子傳導相和氧還原催化相三相組成，制備方法為：三相前驅氧化物粉體混合，將均勻混合的粉體與發泡劑、多元醇、表面活性劑混合得到電極發泡漿料，將電極發泡漿料制備到二合一半電池上并進行電極發泡反應，反應完全后，焙燒得到三元復合陽極。本發明公開的陽極制備方法一方面能通過調控配方以及發泡條件來實現對電極孔徑、孔密度的精確控制，另一方面避免了傳統陽極制備過程中的高溫焙燒引起的材料間相互反應，從而提高陽極活性，進一步提高電解池性能。

技術領域

本發明涉及電解池技術領域，具體地涉及一種固體氧化物電解池三元復合陽極的制備方法。

背景技術

固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)可看作固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOEC)的逆過程。傳統的以La_1-xSr_xMnO₃(LSM)為陽極的SOEC，其工作溫度一般在800℃或者以上，高的操作溫度不僅增加了其使用成本和電池部件的制備難度，而且還限制了各關鍵部件材料的選擇范圍，因此將SOEC工作溫度由高溫降低至500℃～800℃中溫范圍，即研發中溫SOEC，是目前該領域的重要發展方向。

工作溫度的降低有利于降低SOEC制備與運行成本，提高電池結構與性能穩定性進而延長使用壽命，但同時也帶來陽極、電解質、陰極等組元的性能下降問題，特別是由于陽極氧還原反應活化能較大，導致陽極極化阻抗隨溫度降低急劇增大，成為中溫SOEC輸出功率的主要限制因素，因此開發中低溫條件下優良的陽極成為電解池領域的焦點之一。

傳統的SOEC陽極制備通常是通過高溫共燒結的方式制備到半電池上，而且為了保證電極與電解質界面的良好結合，燒結溫度需要達到1000℃以及以上，導致陽極的孔結構單一、孔隙率低、電極催化劑團聚、三相界面長度短和活性位少等問題，極大影響陽極的氧還原性能。另外，傳統的SOEC陽極通常為電解質與電極材料混合后經過高溫共燒結方式制備，材料間容易發生元素擴散，形成SrZrO₃等高阻相，而且離子傳輸通道不連續，造成大量的三相界面不能作為氧還原反應的活性位，嚴重影響電解池的性能。因此探索新型陽極制備方法，制備出高活性、高穩定性的電解池陽極是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有SOEC陽極制備技術過程中高溫焙燒引起的孔隙率降低，進一步影響陽極氧還原性能的問題，提供一種通過發泡反應來制備多孔的陽極，以實現對電極孔徑、孔密度的精確控制，從而降低氣體傳輸電阻，提高電解池性能。

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種固體氧化物電解池三元復合陽極的制備方法，所述三元復合陽極由離子傳導相、電子傳導相和氧還原催化相三相組成，所述制備方法包括以下步驟：

(1)離子傳導相氧化物、電子傳導相氧化物和氧還原催化相氧化物的前驅體粉體混合均勻，得到電極前驅體混合粉體；

(2)將步驟(1)得到的電極前驅體混合粉體與發泡劑、多元醇、表面活性劑在干燥條件下或者有保護氣條件下混合均勻，得到電極發泡漿料；

(3)將步驟(2)得到的電極發泡漿料在干燥條件下或者有保護氣條件下涂覆到由陰極和電解質組成的二合一半電池上形成陽極，然后進行電極發泡反應；

(4)待反應完全后，將涂覆好的電解池在600～1000℃中焙燒1～10h，即得到固體氧化物電解池三元復合陽極。

上述技術方案中，進一步地，步驟(1)中混勻方式為球磨混勻；步驟(2)中混勻方式為球磨或超聲混勻。

上述技術方案中，進一步地，所述涂覆的方式為絲網印刷、流延法或者涂覆法。