[發明專利]一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法

在審

• 申請號: 202111072583.5
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113745531A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 張遠瀛;王恩華;胡浩然;劉亞迪
• 申請（專利權）人: 北京思偉特新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/0206;H01M8/0258;H01M8/126;H01M8/1226
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

本發明提供了一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法，涉及燃料電池技術領域。該高性能固體氧化物電解池，包括包括自下而上的雙極板、不銹鋼基板、氫電極、電解質薄膜、漿糊層和蜂窩狀活性氧電極。本發明的制備方法采用冷凍法，能夠實現對電極孔徑和孔密度的控制，孔隙率最高能夠達到75%，且易形成彎曲度小的直孔，使得電解產生的氧氣更易釋放使得能夠參與反應的活性位點增多。采用多孔氧化鈰基漿糊層來粘接氧電極和電解質，能夠有效改善界面間的接觸，提高電解池的電解性能。以金屬基底為支撐體，電極、電解質厚度相應地減小，電解池整體電阻減小，與高孔隙率、低電阻的蜂窩狀氧電極相結合，可以有效提高電解池的性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法。

背景技術

（1）傳統的固體氧化物電解池以La1-xSrxMnO3（LSM）為陽極，工作溫度一般在800℃以上，較高的溫度不僅導致其制造難度高，而且還極大限制了材料的選擇范圍。因此，目前工作在600℃附近的中溫固體氧化物電解池發展前景更為廣闊。

（2）在中溫情況下，由于溫度的下降，電解質、氧電極和氫電極的性能均有所降低，而氧電極由于反應活化能較大導致受溫度降低影響更明顯，因此開發高性能氧電極使得其對電解池性能的提高更為重要。

傳統的氧電極常常采用高溫燒結的方式，直接制備到半電池上，而且為保證電極與電解質之間的結合良好需要1000℃以上的高溫。因而使得陽極孔結構單一、孔隙率較低、三相界面較短和活化反應位點少等問題。因此，開發新型的高性能氧電極是制備高性能固體氧化物電解池的關鍵。

綜上所述，亟需提供一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法，以解決上述技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法，采用冷凍法制造的多孔活性氧電極，實現了可控的電極孔徑大小和孔隙率，采用不銹鋼基板與蜂窩狀活性氧電極，提高電解池的電解性能。

為實現上述目的，提供以下技術方案：

本發明提供了一種高性能固體氧化物電解池，包括自下而上的雙極板、不銹鋼基板、氫電極、電解質薄膜、漿糊層和蜂窩狀活性氧電極。

進一步地，所述雙極板為鐵素體不銹鋼雙極板，和/或，不銹鋼基板為鐵素體不銹鋼基板，所述鐵素體不銹鋼為鈦/鈮穩定，含Cr量為17.5-18.5%。

進一步地，電解質薄膜為氧化鈰基電解質薄膜，和/或，漿糊層為氧化鈰基漿糊層，所述氧化鈰基的組成成分為C_e0.9Gd_0.1O_1.95和Co₃O₄，其中C_e0.9Gd_0.1O_1.95占98%，Co₃O₄占2%，以摩爾分數計量。

進一步地，所述高性能固體氧化物電解池，包括以下至少一種方式：

方式一：所述雙極板上有供氣體流通的流道；

方式二：所述不銹鋼基板上涂有導電子的La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃活性氧化物涂層。

進一步地，所述氫電極為NiO與Ce_0.9Gd_0.1O_1.95制成的復合電極，其中NiO粉末占50%，Ce_0.9Gd_0.1O_1.95粉末占50%，以體積分數計量。