[發(fā)明專利]一種固體氧化物電池的制備方法以及由此得到的固體氧化物電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011563096.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112687928A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建強(qiáng);林逍;楊軍鵬;孔芳弟;楊云;張林娟;解春雨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號: H01M8/124
• 分類號: H01M8/124;C25B1/04;C25B9/19;C25B13/05;C25B11/031
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發(fā)明涉及一種固體氧化物電池的制備方法，其包括在分別制備氫電極層、電解質(zhì)層、阻隔層和氧電極層后將其依次組裝得到固體氧化物電池，該電解質(zhì)層為無孔致密電解質(zhì)薄膜，該無孔致密電解質(zhì)薄膜的制備包括如下步驟：形成含孔致密電解質(zhì)薄膜；將含孔致密電解質(zhì)薄膜置于過渡金屬鹽溶液中進(jìn)行原位熱解納米粒子處理，得到的納米粒子沉積于含孔致密電解質(zhì)薄膜的微孔結(jié)構(gòu)中以制備無孔致密電解質(zhì)薄膜。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)上述制備方法得到的固體氧化物電池。根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物電池的制備方法，可以得到無孔致密電解質(zhì)薄膜，該致密性提高的電解質(zhì)層穩(wěn)定地隔絕了氫氧兩側(cè)電極氣體，提高了電池器件的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池器件，更具體地涉及一種固體氧化物電池的制備方法以及由此得到的固體氧化物電池。

背景技術(shù)

高溫固體氧化物電池器件具有雙向功能化，一方面可以將燃料的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能，表現(xiàn)為固體氧化物燃料電池，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、對環(huán)境污染小的特點(diǎn)；另一方面，可以利用廢熱、廢電實(shí)現(xiàn)電解水制備高純氫氣，表現(xiàn)為固體氧化物電解池，體現(xiàn)為能耗低、制氫純度高的特點(diǎn)。其中，由于無需使用貴金屬催化劑或催化組分，并且可以兼容氫氣與多種含碳?xì)怏w和煤氣化能源轉(zhuǎn)化反應(yīng)，固體氧化物電池被認(rèn)為是具有極大應(yīng)用前景的核心反應(yīng)器件。

固體氧化物電池器件核心組分一般由氫電極層、氧電極層和阻隔層三層多孔薄膜，以及一層致密無孔的電解質(zhì)層構(gòu)成。電解質(zhì)層由一定尺度的固體粒子經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成膜，燒結(jié)溫度過高容易導(dǎo)致多孔的氫電極支撐層和活性層孔隙率降低，影響電池器件性能。燒結(jié)溫度適中，易存在少量針孔，引起部分漏電漏氣和增加電池的歐姆阻抗，直接影響固體氧化物電池長期運(yùn)行的穩(wěn)定性和能量轉(zhuǎn)化效率。因此，電解質(zhì)薄膜致密無孔結(jié)構(gòu)對固體氧化物電池的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用絲網(wǎng)印刷法制備高溫固體氧化物電解質(zhì)薄膜，這種制備方法存在一次燒結(jié)成膜致密性不夠理想、存在少量的開孔和閉孔的問題。此外，由于高溫固體氧化物燃料電池的核心組分主要為氧化物陶瓷材料，粒度較大均勻性差，在加工過程中易于產(chǎn)生界面和孔隙電阻，限制了電池的商業(yè)化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜致密性不理想等問題，本發(fā)明提供一種固體氧化物電池的制備方法以及由此得到的固體氧化物電池。

根據(jù)本發(fā)明的固體氧化物電池的制備方法，其包括在分別制備氫電極層、電解質(zhì)層、阻隔層和氧電極層后將其依次組裝得到固體氧化物電池，該電解質(zhì)層為無孔致密電解質(zhì)薄膜，該無孔致密電解質(zhì)薄膜的制備包括如下步驟：S1，形成含孔致密電解質(zhì)薄膜；S2，將含孔致密電解質(zhì)薄膜置于過渡金屬鹽溶液中進(jìn)行原位熱解納米粒子處理，得到的納米粒子沉積于含孔致密電解質(zhì)薄膜的微孔中以制備無孔致密電解質(zhì)薄膜。

優(yōu)選地，含孔致密電解質(zhì)薄膜是含體積比5-10％的微孔的薄膜。

優(yōu)選地，步驟S1包括：配制電解質(zhì)漿料，采用絲網(wǎng)印刷法均勻沉積電解質(zhì)漿料，排膠后燒結(jié)，得到含孔致密電解質(zhì)薄膜。

優(yōu)選地，過渡金屬鹽溶液的溶質(zhì)為過渡金屬的可溶性的氯化鹽，硝酸鹽和有機(jī)配合物中的至少一種，過渡金屬鹽溶液的溶劑為水，乙醇和丙醇中的至少一種。

優(yōu)選地，過渡金屬為Y，Ce，Zr和/或Ba。

優(yōu)選地，過渡金屬鹽溶液為不同過渡金屬鹽的混合溶液。

優(yōu)選地，過渡金屬鹽溶液為氯化釔，硝酸釔，異丙醇釔，氯化鋯，硝酸鋯，乙酸鋯和正丁醇鋯中的至少兩種的混合水溶液。

優(yōu)選地，納米粒子為氧化物納米粒子。更優(yōu)選地，納米粒子為納米摻雜氧化物粒子。

優(yōu)選地，步驟S2包括：將含孔致密電解質(zhì)薄膜置于溶度為0.5-5M的過渡金屬鹽溶液中，在60-90℃下原位熱解納米粒子處理0.5-24h。更優(yōu)選地，過渡金屬鹽溶液的溶度為2-4M，含孔致密電解質(zhì)薄膜在70-80℃下原位熱解納米粒子處理10-12h。