[發明專利]一種梯度結構和孔隙陽極及制備方法和電池

有效

• 申請號: 202111034259.4
• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113948732B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 趙金保;張彥杰;寇聰聰
• 申請（專利權）人: 嘉庚創新實驗室
• 主分類號: H01M8/0245
• 分類號: H01M8/0245;H01M8/023;H01M8/0236;H01M8/10
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳丹艷

1.一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：依次設置為外層、過渡層和內層；所述外層分布有纖維孔且部分纖維孔延伸至外層表面，所述過渡層分布有纖維孔、球孔以及二者連通的孔，所述內層分布有球孔；所述外層、過渡層、內層的孔隙率依次遞減；

梯度結構和孔隙陽極的制備方法，包括如下步驟：

(1)利用有機溶劑、陽極陶瓷粉料、分散劑、粘接劑、塑性劑和造孔劑混合制備陽極各層漿料；其中，

所述外層漿料采用微米碳纖維、碳納米管作為造孔劑，內層漿料采用球形石墨、淀粉作為造孔劑，過渡層漿料采用外層和內層造孔劑的混合物；

(2)將陽極的外層漿料、過渡層漿料、內層漿料真空脫泡；

(3)將陽極的外層漿料、過渡層漿料、內層漿料分別流延在PET膜表面，靜置22-26h后將內層漿料層、過渡層漿料層、外層漿料層與PET膜分離；

(4)依次將內層漿料層、過渡層漿料層、外層漿料層疊放，施加壓力3-10KPa進行預燒結，然后進行高溫共燒結，得到所述梯度結構和孔隙陽極；其中，

所述預燒結為從室溫以0.5～2℃/min的升溫速率將溫度升高到700～900℃，并且在此溫度維持55～65min，然后以1～2℃/min的升溫速率將溫度升高到1000℃～1200℃，并且在此溫度維持1～3h，然后以1～3℃/min的降溫速率將溫度降低到室溫，完成加壓預燒結；

所述高溫共燒結為以0.5～2℃/min的升溫速率將溫度升高到700～900℃，并且在此溫度維持1～3h，然后以0.5～2℃/min的升溫速率將溫度升高到1100℃～1300℃，并且在此溫度維持1～3h，然后以0.5～2℃/min的升溫速率將溫度升高到1300℃～1500℃，并且在此溫度維持2～4h，然后以0.5～2℃/min的降溫速率將溫度降低到700～900℃，最后將溫度降低到室溫進行冷卻。

2.根據權利要求1所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：所述外層的厚度為150-350μm；所述過渡層的厚度為50-250μm；所述內層的厚度為200-400μm。

3.根據權利要求1所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：所述外層、過渡層、內層的孔隙率分別為35％-45％、25％-35％、15％-25％。

4.根據權利要求1所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：所述纖維孔的孔徑為5-15μm，所述球孔的孔徑為10-60μm。

5.根據權利要求1所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：所述陽極的組成包括NiO和陶瓷基材，所述NiO的質量分數為45-65％。

6.根據權利要求5所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：所述陶瓷基材為氧化釔穩定氧化鋯、氧化鈧穩定氧化鋯、摻雜的氧化鈰或鈣鈦礦型LaGaO₃基材料。

7.根據權利要求1所述的一種梯度結構和孔隙陽極，其特征在于：

所述有機溶劑為乙醇和丁酮混合物、乙醇和三氯乙烯混合物、三氯乙烯和甲乙酮混合物、松油醇中的至少一種；

所述陽極陶瓷粉料由NiO和粉末狀的陶瓷基材組成，所述陶瓷基材為氧化釔穩定氧化鋯、氧化鈧穩定氧化鋯、摻雜的氧化鈰或鈣鈦礦型LaGaO₃基材料；

所述分散劑為三油酸甘油酯、三乙醇胺；

所述粘接劑為聚乙烯醇縮丁醛、乙基纖維素；

所述塑性劑為聚乙二醇和鄰苯二甲酸二乙脂混合物。

8.一種固體氧化物燃料電池，其特征在于：包括陽極、電解質和陰極；其中，所述陽極作為支撐體，采用權利要求1～7任一項所述一種梯度結構和孔隙陽極；電池包括依次設置的外層、過渡層、內層、電解質層、陰極層。

9.根據權利要求8所述的一種固體氧化物燃料電池，其特征在于：所述電解質層的厚度為10-100μm；所述陰極層的厚度為10-100μm。