[發明專利]一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法

在審

• 申請號: 202110297132.5
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113067005A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 包崇璽;陳志東;顏巍巍;童璐佳;朱志榮
• 申請（專利權）人: 東睦新材料集團股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0232
• 分類號: H01M8/0232;H01M8/0241;H01M8/1004
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;張琳琳

本發明涉及一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法，依次包括以下步驟：1)采用燒結不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷基合金、鈦合金、鉻基合金中的一種；2)將步驟1)中粉末進行篩分；3)將步驟2)的粉末與成形劑混合，得到半固態金屬流體的粉體；4)將步驟3)中粉體放入軋機中進行軋制形成金屬基板；5)將陽極漿料涂覆在金屬基板的上表面上，以在金屬基板的上表面形成陽極層；6)將電解質漿料涂覆在陽極層的上表面上以在陽極層表面形成電解質涂層；7)將陰極漿料涂覆在電解質涂層的上表面上，以在電解質涂層的上表面形成陰極層，從而制成金屬支撐板。消除燒結變形，提升陽極層和金屬基板之間的結合緊密性。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池是一種理想的燃料電池，不但具有燃料電池高效、環境友好的優點，而且還具有以下突出優點：

(1)固體氧化物燃料電池是全固體結構，不存在使用液體電解質帶來的腐蝕問題和電解質流失問題，可望實現長壽命運行。(2)固體氧化物燃料電池的工作溫度為800～1000℃，不但電催化劑不需要采用貴金屬，而且還可以直接采用天然氣、煤氣和碳氫化合物作為燃料，簡化了燃料電池系統。(3)固體氧化物燃料電池排出高溫余熱可以與燃氣輪機或蒸汽輪機組成聯合循環，大幅度提高總發電效率。

目前傳統的固體氧化物燃料電池多采用陶瓷材料或者金屬陶瓷復合材料作為支撐體。陶瓷材料不易機械加工，抗熱震性能和焊接性能較差，不利于燃料電池(SOFC)電堆的組裝。金屬支撐型固體氧化物燃料電池(MS-SOFC)是以金屬或合金作為燃料電池的支撐體SOFC相比(如圖1所示)，MS-SOFC有其獨特的優勢：(1)成本低：金屬材料成本遠低于金屬陶瓷復合材料；(2)快速啟動：金屬良好的導熱性能可減小電池內部的溫度梯度，實現快速啟動，使之可以應用于移動領域；(3)可加工性：相比陶瓷，金屬材料加工性更好，這將使SOFC加工難度大幅降低；(4)便于密封：利用金屬材料的焊接密封技術，可避免SOFC難以密封的問題。金屬支撐體主要作用是傳輸氣體，傳導電流，并為電池提供穩定的結構支撐。當MS-SOFC使用碳氫燃料時，金屬支撐體可以作為原位重整層，碳氫燃料率先在金屬支撐體中發生化學重整，生成的合成氣體在陽極層發生電化學氧化，這種結構設計可以增強陽極抗積碳性能，提高電池在碳氫燃料中的長期穩定性。MS-SOFC不僅適用于傳統固體氧化物燃料電池(SOFC)應用領域，如固定電站、后備電源和充電樁等，而且可作為重型汽車或電動汽車等移動設備的增程器。

目前的金屬支撐型固體氧化物燃料電池如中國發明專利申請《多孔金屬支撐的低溫固體氧化物燃料電池的制備方法》，其專利申請號為CN200610118649.9(申請公布號為CN1960047A)公開了一種多孔金屬支撐的低溫固體氧化物燃料電池的制備方法，選用NiO-ScSZ(或CGO)作為支撐體原材料制備支撐體，工藝復雜，制造難度較大。

此外，目前還有將流延制備的Fe-Cr合金支撐體、陽極和電解質毛坯體層壓后置于還原氣氛下高溫燒結，在半電池的金屬支撐體側注入陽極催化劑，在電解質表面絲網印刷陰極層，電池測試過程中，原位燒結陽極和陰極。這種工藝有效避免了高溫下金屬元素的擴散，然而原位燒結溫度過低，陰極和電解質界面結合強度低，電池性能衰減較塊。采用共流延法制備帶陽極和電解質的多孔金屬體，這種材料由于金屬與電解質燒結溫度不同，易造成燒結變形，陽極或電解質層剝落等情況。而采用干壓成形法制備金屬支撐體以及微管式金屬支撐體。由于金屬支撐層較薄，干壓后金屬支撐板易出現厚度不均，導致燒結變形不一致，影響陽極、電解質等與基體之間的結合；而微管式金屬支撐體的金屬厚度不易實現均勻控制，影響與陽極等的結合。