[發明專利]一種固體氧化物電解池

在審

• 申請號: 202111539074.9
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114016072A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 趙哲;邵志剛;程謨杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C25B11/053
• 分類號: C25B11/053;C25B11/091;C25B11/075;C25B1/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

1.一種固體氧化物電解池，其特征在于：所述電解池依次由陰極支撐層、陰極過渡層、陰極活性層、電解池層、隔層、陽極層組成；

所述陰極支撐層為NiO與YSZ組成的混合物，其中NiO含量為50～70wt％，陰極支撐層孔隙率為50～70％，陰極支撐層厚度為0.5～2mm；所述YSZ為Y_0.15Zr_0.85O₂；

所述陰極過渡層為NiO與YSZ組成的混合物，NiO含量為40～60wt％，陰極過渡層孔隙率為50～60％，陰極過渡層厚度為1～15微米；

所述陰極活性層為NiO與YSZ組成的混合物，NiO含量為30～50wt％，陰極活性層孔隙率為30～50％，陰極活性層厚度為1～10微米；

所述電解池的陰極支撐層、陰極過渡層、陰極活性層的孔隙率依次減小；

所述陰極活性層的粉體采用如下方法制備，

(1)混合液體制備：按照陰極活性層中NiO與YSZ含量，配置Ni、Y、Zr的硝酸鹽的混合液，添加絡合劑，加熱形成透明溶膠；

(2)混合粉體制備：在透明溶膠中添加助燃劑，持續加至溶膠燃燒，形成初始混合粉體，焙燒后形成混合粉體。

2.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：

所述電解池層為YSZ，電解質層厚度為2～50微米；

所述隔層為Gd_0.1Ce_0.9O₂，隔層厚度為0.2～5微米；

所述陽極層為La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃或La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃與Gd_0.1Ce_0.9O₂組成的復合物；

所述陰極活性層的粉體采用如下方法制備，

步驟(1)中，混合溶液中金屬離子總濃度為0.5～3M，絡合劑與金屬離子的摩爾濃度比為0.5∶1～3∶1，混合液在60～80℃加熱5～10h；

步驟(2)中，在透明溶膠中添加助燃劑，將溶膠轉移至蒸發皿中，通過電爐持續加熱蒸發皿至溶膠燃燒，形成初始混合粉體，將初始混合粉體在高溫800～1000℃焙燒3～10h后形成混合粉體。

3.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于所述陰極支撐層中，NiO含量為55-65wt％，陰極支撐層孔隙率為60～70％，陰極支撐層厚度為0.8～1.5mm。

4.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：所述陰極過渡層中NiO含量為45-55wt％，陰極過渡層孔隙率為45～55％，陰極過渡層厚度為1～10微米。

5.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：所述陰極活性層中NiO含量為35-45wt％，陰極活性層孔隙率為35～45％，陰極活性層厚度為1～5微米。

6.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：制備所述陰極支撐層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為1～20微米，制備所述陰極過渡層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為0.5～5微米，制備所述陰極活性層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為0.1～1微米。

7.根據權利要求1所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：制備所述陰極支撐層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為5～10微米，制備所述陰極過渡層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為1～5微米，制備所述陰極活性層選用的NiO和YSZ顆粒尺度為0.1～0.5微米。

8.根據權利要求1或2所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：所述活性層粉體制備步驟(1)中，混合溶液中金屬離子總濃度為1～2M，絡合劑與金屬離子的摩爾濃度比為1.5∶1～2∶1，絡合劑為檸檬酸銨、甘氨酸中一種。

9.根據權利要求1或2所述一種固體氧化物電解池，其特征在于：所述活性層粉體制備步驟(2)中，助燃劑為丙二醇或丙三醇中一種。