[發明專利]一種固體氧化物燃料電池的制備方法

在審

• 申請號: 202110092085.0
• 申請日: 2021-01-23
• 公開（公告）號: CN112928314A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 王麗爽;田森文;鄒定鵬;王瀟;谷凱凱;姚建洮;董會
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/00;H01M4/88
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池的制備方法，將復合硝酸鹽溶液和造孔材料混合噴涂沉積，制備出納米結構陰極涂層，經過低溫熱處理，將造孔材料去除，得到固體氧化物燃料電池多孔納米陰極。本發明將硝酸鹽溶液直接沉積，省去了陰極粉體制備過程，同時燒結溫度低，可保留陰極納米結構。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，特別涉及一種固體氧化物燃料電池的制備方法。

背景技術

環境污染和能源匱乏現象越來越突出，節能減排以及提高能源利用率迫在眉睫。固體氧化物燃料電池是一種無需燃燒，基于電極反應即可直接將燃料氣體的化學能轉換為電能的全固態綠色電化學發電裝置。首先，其具有高能量轉換效率，在熱電聯供下，其能源轉換效率高達80％以上；其次，可采用清潔能源氫氣、天然氣等直接作為燃料，基本不會對環境造成污染；另外，其全固態的結構避免了液態電解質帶來的腐蝕和電解質流失等問題。基于以上特點，固體氧化物燃料電池具有一定的應用前景，對其進行研究和開發，具有重要的經濟價值和社會效益。

固體氧化物燃料電池為典型的三明治結構，主要結構為陽極、電解質和陰極。根據運行溫度的不同，分為高溫固體氧化物燃料電池，中溫固體氧化物燃料電池和低溫固體氧化物燃料電池。由于高溫固體氧化物燃料電池的運行溫度在800℃～1000℃，如此高的運行溫度對設備要求較高，而限制了其應用。目前，固體氧化物燃料電池的中、低溫化是實現其市場應用的有效途徑。隨著電解質薄膜化的發展，電池的歐姆阻抗得到大大降低，因此，在中、低溫條件下，陰極極化，尤其是陰極的活化極化制約了電池性能的提升。因此，如何提高陰極活性，降低陰極極化，是獲得高輸出性能中低溫固體氧化物燃料電池亟待解決的問題。

影響陰極活化極化的因素主要包括兩個方面。一方面是陰極材料本身的催化活性的影響，目前，鈣鈦礦結構陰極材料La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃(LSCF)、Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O₃(BSCF)在中低溫下具有較高催化活性，而在固體氧化物燃料電池中得到廣泛應用。另一方面是陰極反應界面的長度的影響，陰極反應界面即電解質/陰極/氧氣組成的三相反應界面。納米結構陰極可以有效提高陰極三項界面長度，從而提高電池輸出性能。傳統陰極制備方法往往需要后續高溫燒結，從而造成納米陰極結構的破壞，使得陰極三相界面的長度降低。因此，若能通過陰極制備方法的控制，無需高溫燒結，直接在基體上獲得納米結構陰極涂層，將是降低中低溫固體氧化物燃料電池陰極活化極化的重要途徑。

發明內容

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，直接獲得納米結構的陰極涂層，降低陰極極化，從而大幅度提高固體氧化物燃料電池輸出性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種固體氧化物燃料電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，將復合硝酸鹽加入溶劑中，然后加入造孔劑，溶解并攪拌均勻后得到陰極混合離子溶液；

第二步，采用溶液等離子噴涂技術將第一步得到的陰極混合離子溶液噴涂于陽極支撐的半電池片上，形成陰極涂層，得到帶有陰極涂層的單電池片毛坯；

第三步，將第二步得到的帶有陰極涂層的單電池片毛坯放置于電爐中，在700℃～900℃下燒制2～3小時，制得燃料電池。

進一步的，第一步中，復合硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈷、硝酸鍶和硝酸鐵的混合物或硝酸鋇、硝酸鈷、硝酸鍶和硝酸鐵的混合物。

進一步的，第一步中，溶劑為蒸餾水和/或乙醇。

進一步的，第一步中，所述的陰極混合離子溶液的摩爾濃度為0.1mol/L～1mol/L。