專利名稱：一種浸漬電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，屬于固體氧化物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將氫氣、天然氣和生物質(zhì)氣燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，具有燃料豐富、效率高、無(wú)污染、無(wú)噪聲、可熱電聯(lián)供等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于大型電站、分布式電站、汽車輔助電源、家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)等。盡管SOFC具有許多卓越性能，但目前尚未走向大規(guī)模應(yīng)用，其主要制約因素是成本和壽命問題。新型金屬支撐構(gòu)造相對(duì)于傳統(tǒng)的電解質(zhì)支撐或電極支撐構(gòu)造而言，可以提高單電池機(jī)械強(qiáng)度，增加電池抗熱沖擊能力，降低SOFC系統(tǒng)成本，并有助于解決電堆密封和連接難題，因此近些年來(lái)金屬支撐SOFC在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注，并逐漸成為SOFC研究領(lǐng)域內(nèi)新的研究熱點(diǎn)。但金屬支撐SOFC的制備，尤其是電極的制備還存在很多問題I、陽(yáng)極問題傳統(tǒng)的金屬支撐SOFC采用金屬支撐體/陽(yáng)極/電解質(zhì)/陰極的結(jié)構(gòu)，在電池的高溫共燒結(jié)制備或長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，陽(yáng)極金屬顆粒Ni會(huì)發(fā)生粗化，同時(shí)還會(huì)與合金元素Fe、Cr之間發(fā)生互擴(kuò)散。這不僅降低了陽(yáng)極的催化性能，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致支撐體的熱膨脹系數(shù)發(fā)生改變、長(zhǎng)期穩(wěn)定性下降、導(dǎo)電性能下降、抗氧化性能降低等問題。在陽(yáng)極與金屬支撐體之間加一層擴(kuò)散阻擋層可以防止合金元素和陽(yáng)極金屬顆粒之間的互擴(kuò)散，但會(huì)導(dǎo)致制備工藝的復(fù)雜和電池性能的下降，此外，擴(kuò)散阻擋層并不能解決陽(yáng)極Ni顆粒的粗化問題。2、陰極問題傳統(tǒng)陰極材料如LSM、LSCF等需要在1000 1200°C的空氣氣氛下燒結(jié)以獲得較好的電化學(xué)性能，而在如此高溫下，不銹鋼支撐體的氧化將會(huì)變得非常嚴(yán)重。還原氣氛下燒結(jié)可以有效避免金屬支撐體的氧化，但LSM、LSCF等在高溫還原氣氛下會(huì)發(fā)生分解，導(dǎo)致性能的降低。一方面用等離子噴涂或脈沖激光沉積等方法制備陰極可以解決這一問題，但這些方法工藝復(fù)雜且成本高；另一方面也可以用低溫空氣中燒結(jié)或原位燒結(jié)陰極的方法，但這種方法往往需要高活性的陰極材料，這會(huì)給陰極粉體的制備帶來(lái)特殊要求，且高活性的陰極材料會(huì)影響電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。Michael C. Tucker等人公開了一種以不銹鋼為支撐體的管式金屬支撐SOFC的五層結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外分別為多孔不銹鋼支撐體層/多孔YSZ中間層/致密YSZ電解質(zhì)層/多孔YSZ中間層/多孔不銹鋼電流收集體層，然后在內(nèi)部多孔YSZ層中浸潰金屬Ni得到電池陽(yáng)極、在外部多孔YSZ層中浸潰LSM得到電池陰極。該方法有效地避免了電池高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中Ni的粗化及其與合金元素之間的互擴(kuò)散，同時(shí)還解決了 LSM陰極低溫制備的難題。但該五層結(jié)構(gòu)不是通過(guò)一次高溫共燒結(jié)得到，而是采用等靜壓、氣溶膠噴霧沉積、膠體沉積等方法經(jīng)歷兩次高溫?zé)Y(jié)得到，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且工藝繁瑣。同時(shí)該結(jié)構(gòu)用于管式S0FC，相對(duì)平板式而言,管式SOFC成本高、工藝復(fù)雜、功率密度低(參見Journal of Power Sources, 171 (2007)477 - 482)。中國(guó)專利申請(qǐng)200810129800. 8公開了一種金屬支撐SOFC的結(jié)構(gòu)，包括多孔金屬支撐體/陰極功能層/電解質(zhì)/多孔陽(yáng)極前驅(qū)層，其中陰極功能層可有可無(wú)，多孔陽(yáng)極前驅(qū)層既可以采用共燒結(jié)，也可以在其它層先燒結(jié)好之后再在致密電解質(zhì)表面上形成。該專利同時(shí)還對(duì)浸潰的材料進(jìn)行了描述。在該專利中，完成后的金屬支撐體在電池陰極側(cè)，暴露在高溫空氣一側(cè)，容易被氧化，這會(huì)給電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性帶來(lái)較大影響；同時(shí)陽(yáng)極層如果是在其它各層燒結(jié)后再制作的話，則比較繁瑣，同時(shí)帶來(lái)結(jié)合強(qiáng)度差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且便于實(shí)現(xiàn)的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，以解決傳統(tǒng)金屬支撐SOFC電極的制備難題。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層、多孔陰極前驅(qū)層，且所述多孔金屬支撐層與致密電解質(zhì)層及多孔陰極前驅(qū)層共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。作為一種優(yōu)選方案，所述的多孔金屬支撐層是具有過(guò)渡結(jié)構(gòu)的金屬支撐層，即，在遠(yuǎn)離電解質(zhì)側(cè)為多孔金屬層，而在靠近電解質(zhì)側(cè)為多孔金屬-陶瓷的復(fù)合層；且復(fù)合層中的金屬比例為0-50wt%(包括零點(diǎn))，復(fù)合層的厚度為20 100 μ m,孔隙率為30 70%，孔徑為I 20 μ m。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述陶瓷層材料選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (氧化釤摻雜的氧化鈰)、GDC (氧化禮摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。作為一種優(yōu)選方案，所述的多孔金屬支撐層的厚度為O. I 1mm，孔隙率為30 70%,孔徑為I 40 μ m。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述金屬為不銹鋼。作為更進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述不銹鋼為FeCrM合金，其中M是Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Y、Al、Ce、La等合金元素中的任意一種或幾種。作為更進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述不銹鋼粉體中摻雜有金屬氧化物，所述金屬氧化物包括但不限于Cr203、TiO2, MgO、WO3> V2O3> V2O5, Ga2O3> CeO2, ZrO2中的任意一種或幾種；所述金屬氧化物的摻雜量為所述不銹鋼粉體總質(zhì)量的O 50%,不包括零點(diǎn)。作為一種優(yōu)選方案，所述的致密電解質(zhì)層的厚度為10 40μπι。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述電解質(zhì)選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (氧化釤摻雜的氧化鈰)、GDC(氧化禮摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。作為一種優(yōu)選方案，所述的多孔陰極前驅(qū)層的厚度為20 100 μ m,孔隙率為30 70%,孔徑為O. 3 5 μ m。作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述陰極前驅(qū)層材料選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SSZ(氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (氧化釤摻雜的氧化鋪)、GDC (氧化禮摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。上述結(jié)構(gòu)的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)可采用流延層壓共燒結(jié)法、復(fù)合流延共燒結(jié)法、絲網(wǎng)印刷共燒結(jié)法、軋膜法、涂敷法、噴涂法、濺射法等方法制備而得。因?qū)Ρ景l(fā)明的多孔金屬支撐層浸潰陽(yáng)極活性材料，可形成電池陽(yáng)極(亦可再浸潰重整催化劑，實(shí)現(xiàn)碳?xì)淙剂系膬?nèi)重整)，對(duì)本發(fā)明的多孔陰極前驅(qū)層浸潰陰極活性材料，可形成電池陰極；因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果 I)相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬支撐型固體氧化物燃料電池，本發(fā)明簡(jiǎn)化了金屬支撐型固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本；2)多孔金屬支撐層完成后處于陽(yáng)極側(cè)，不易被氧化；3)電池活性陽(yáng)極采用浸潰法制備，可有效地避免高溫共燒結(jié)導(dǎo)致的陽(yáng)極金屬顆粒的粗化及其與合金元素的互擴(kuò)散問題，提高了陽(yáng)極的性能；4)電池活性陰極亦采用浸潰法制備，解決了低溫?zé)Y(jié)時(shí)陰極與電解質(zhì)結(jié)合差、而高溫?zé)Y(jié)又會(huì)導(dǎo)致金屬支撐層過(guò)度氧化的矛盾；5)金屬支撐層側(cè)在浸潰活性陽(yáng)極材料的基礎(chǔ)上還可浸潰重整催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)乙醇、丙烷、天然氣等燃料的內(nèi)部重整，從而提高電池的燃料適用性，消除外重整，降低成本；6)由于多孔金屬支撐層和多孔電極都是預(yù)先制備好的(經(jīng)歷高溫?zé)Y(jié)過(guò)程)，所以電池在相對(duì)的低溫運(yùn)行過(guò)程中，具有良好的穩(wěn)定性；7)由于電極材料是浸潰在多孔金屬支撐層和多孔陰極前驅(qū)層內(nèi)部的，所以電極材料不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚導(dǎo)致氣孔率降低，從而有利于電池獲得較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。綜上所述，本發(fā)明的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池不僅成本低、可操作性強(qiáng)，且可有效避免高溫共燒結(jié)導(dǎo)致的陽(yáng)極顆粒的粗化及其與合金元素的互擴(kuò)散問題，同時(shí)也解決了低溫?zé)Y(jié)時(shí)陰極與電解質(zhì)結(jié)合差、而高溫?zé)Y(jié)又會(huì)導(dǎo)致金屬支撐層過(guò)度氧化的矛盾，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明提供的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1、多孔金屬支撐層，2、致密電解質(zhì)層，3、多孔陰極前驅(qū)層；圖2為實(shí)施例I所制備的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池的掃描電鏡(SEM)照片；圖3為實(shí)施例2所制備的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實(shí)施例I稱取430不銹鋼粉料50g,依次加入溶劑無(wú)水乙醇IOg和丁酮5g,分散劑三乙醇胺6g，塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯2g、粘結(jié)劑聚乙烯醇縮丁醛6g，造孔劑草酸銨20g ;稱取電解質(zhì)YSZ粉料30g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各5g，分散劑丙烯酸樹脂DM-55 Ig,塑化劑苯甲酸酯B-50 2g和粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B-72 4g ;稱取陰極前驅(qū)層YSZ粉料15g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各4g，分散劑丙烯酸樹脂DM-55 Ig和分散劑丙烯酸共聚物BYKlg，塑化劑苯甲酸酯B-50 O. 5g、粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B-72 lg，造孔劑草酸銨IOg ；分別球磨上述3種漿料，并將混勻的漿料分別經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)篩和真空處理，去除漿料中空氣；對(duì)上述3種漿料分別進(jìn)行流延成型和干燥，分別制得多孔金屬支撐層、致密電解 質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯；將上步制得的多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯依次自下至上疊置，然后于75°C、5Mp條件下進(jìn)行熱壓10分鐘；將上步熱壓得到的復(fù)合素坯切割成19mm的圓片，然后在4%H2+96%N2氣氛下、于1300°C進(jìn)行共燒結(jié)，即得本發(fā)明所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層I、致密電解質(zhì)層2、多孔陰極前驅(qū)層3，且所述多孔金屬支撐層I與致密電解質(zhì)層2及多孔陰極前驅(qū)層3共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。圖2為本實(shí)施例所制備的浸潰電極用平板式金屬支撐型SOFC的掃描電鏡(SEM)照片，由圖2可見該電池的金屬支撐層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約270 μ m、孔徑大小約為10 50 μ m、孔隙率約40% ;電解質(zhì)層致密，無(wú)明顯缺陷，厚度約30 μ m ;陰極前驅(qū)層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約30 μ m、孔徑大小約為O. 5 8 μ m、孔隙率30% ;各層間結(jié)合緊密，界面處無(wú)裂紋或分層現(xiàn)象出現(xiàn)。實(shí)施例2稱取430不銹鋼粉料50g,依次加入溶劑無(wú)水乙醇12g和丁酮6g,分散劑三乙醇胺5g，塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯2g和聚乙二醇2g、粘結(jié)劑聚乙烯醇縮丁醛3g，造孔劑碳酸銨20g ;稱取電解質(zhì)YSZ粉料30g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各5g，分散劑丙烯酸樹脂DM-551g，塑化劑苯甲酸酯B-50 2g和粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B_72 4g ;稱取陰極前驅(qū)層YSZ粉料15g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各4g，分散劑丙烯酸樹脂DM-55 I. 5g和丙烯酸共聚物BYKlg，塑化劑苯甲酸酯B-50 lg、粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B-72 2g，造孔劑草酸銨15g ;分別球磨上述3種漿料，并將混勻的漿料分別經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)篩和真空處理，去除漿料中空氣；對(duì)上述3種漿料分別進(jìn)行流延成型和干燥，分別制得多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯；將上步制得的多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯依次自下至上疊置，然后于60°C、15Mp條件下進(jìn)行熱壓30分鐘；將上步熱壓得到的復(fù)合素坯切割成19mm的圓片，然后在4%H2+96%N2氣氛下、于1340°C進(jìn)行共燒結(jié)，即得本發(fā)明所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層I、致密電解質(zhì)層2、多孔陰極前驅(qū)層3，且所述多孔金屬支撐層I與致密電解質(zhì)層2及多孔陰極前驅(qū)層3共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。
圖3為本實(shí)施例所制備的浸潰電極用平板式金屬支撐型SOFC的掃描電鏡(SEM)照片，由圖3可見該電池的金屬支撐層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約230 μ m、孔徑大小約為5 30 μ m、孔隙率約35%;電解質(zhì)層致密，無(wú)明顯缺陷，厚度約16μπι;陰極前驅(qū)層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約30 μ m、孔徑大小約為O. 5 3 μ m、孔隙率50% ;各層間結(jié)合緊密，界面處無(wú)裂紋或分層現(xiàn)象出現(xiàn)。實(shí)施例3稱取430不銹鋼粉料50 g，依次加入溶劑無(wú)水乙醇15g和丁酮7. 5g，分散劑三乙醇胺5g，塑化劑鄰苯二甲酸二丁酯2g和聚乙二醇2g、粘結(jié)劑聚乙烯醇縮丁醛3. 5g，造孔劑小麥粉20g ;稱取電解質(zhì)YSZ粉料30g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各5g，分散劑丙烯酸樹脂DM-551g，塑化劑苯甲酸酯B-50 2g和粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B_72 4g ;稱取陰極前驅(qū)層YSZ粉料15g，依次加入溶劑二甲苯和乙酸丁酯各4g，分散劑丙烯酸樹脂DM-55 Ig和丙烯酸共聚物BYK lg，塑化劑苯甲酸酯B-50 O. 5g、粘結(jié)劑聚丙烯樹脂B-72 lg，造孔劑小麥粉10g；分別球磨上述3種漿料，并將混勻的漿料分別經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)篩和真空處理，去除漿料中空氣；對(duì)上述3種漿料分別進(jìn)行流延成型和干燥，分別制得多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯；將上步制得的多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的素坯依次自下至上疊置，然后于85°C、5Mp條件下進(jìn)行熱壓5分鐘；將上步熱壓得到的復(fù)合素坯切割成19mm的圓片，先于500°C空氣中預(yù)燒，然后在4%H2+96%N2氣氛下、于1400°C進(jìn)行共燒結(jié)，即得本發(fā)明所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層I、致密電解質(zhì)層2、多孔陰極前驅(qū)層3，且所述多孔金屬支撐層I與致密電解質(zhì)層2及多孔陰極前驅(qū)層3共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。對(duì)本實(shí)施例所制備電池的掃描電鏡測(cè)試結(jié)果與實(shí)施例I具有理論誤差范圍內(nèi)的
一致性。實(shí)施例4多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層和多孔陰極前驅(qū)層的流延漿料配方同實(shí)施例1，其中不銹鋼中加入3%的YSZ，電解質(zhì)為ScYSZ，陰極前驅(qū)層為ScYSZ，采用復(fù)合流延的方法制備得到復(fù)合的三層結(jié)構(gòu)，不需熱壓，5°/出2+95°福2氣氛下、1250°C共燒結(jié)得到多孔不銹鋼/致密ScYSZ/多孔ScYSZ三層結(jié)構(gòu)。金屬支撐層厚度約1mm、孔徑大小約為I 40 μ m、孔隙率約70% ；電解質(zhì)層厚度約40 μ m ;陰極前驅(qū)層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約100 μ m、孔徑大小約為O. 3 5 μ m、孔隙率70%。實(shí)施例5將不銹鋼粉體、SSZ電解質(zhì)粉體及SSZ陰極前驅(qū)層粉體分別與一定量的松油醇-乙基纖維素溶液調(diào)配成漿料，其中不銹鋼粉體及陰極前驅(qū)層粉體中造孔劑的選擇及加入量同實(shí)施例I。采用絲網(wǎng)印刷的方法首先絲網(wǎng)印刷金屬支撐體層，而后在其上分別絲網(wǎng)印刷SSZ電解質(zhì)、SSZ陰極前驅(qū)層，干燥后在5%H2+95%N2氣氛下、1400°C共燒結(jié)得到多孔不銹鋼/致密SSZ/多孔SSZ三層結(jié)構(gòu)。
金屬支撐層厚度約100 μ m、孔徑大小約為3 20 μ m、孔隙率約30% ;電解質(zhì)層厚度約10 μ m ;陰極前驅(qū)層為多孔結(jié)構(gòu)，厚度約20 μ m、孔徑大小約為O. 3 3 μ m、孔隙率30%。實(shí)施例6多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層的制備同實(shí)施例4，采用復(fù)合流延法制得，多孔陰極前驅(qū)層采用實(shí)施例5中的漿料，采用涂敷法涂敷在金屬支撐層/電解質(zhì)層素坯的表面，干燥后在5%H2+95%N2氣氛下、1300°C共燒結(jié)得到多孔不銹鋼/致密ScYSZ/多孔SSZ三層結(jié)構(gòu)?！?shí)施例7同實(shí)施例1，只是在多孔金屬支撐層與電解層中間再增加一層多孔金屬一陶瓷的復(fù)合層，從而形成具有過(guò)渡結(jié)構(gòu)的多孔金屬支撐層，復(fù)合層的流延配方同實(shí)施例I中的支撐體配方，該復(fù)合層中陶瓷相為YSZ，含量為50%，復(fù)合層的厚度為100 μ m,孔隙率為30%，孔徑為I 20 μ m。實(shí)施例8同實(shí)施例7，只是在實(shí)施例7的復(fù)合層與電解質(zhì)之間再加入多孔陶瓷層，該陶瓷層為多孔YSZ，厚度為20 μ m，孔隙率為70%，孔徑為I 4 μ m，流延配方同實(shí)施例I中的多孔陰極前驅(qū)層配方，最終形成的多孔金屬支撐層具有過(guò)渡結(jié)構(gòu)，即多孔金屬/多孔金屬-陶瓷/多孔陶瓷。最后有必要在此說(shuō)明的是以上實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電池自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層、多孔陰極前驅(qū)層，且所述多孔金屬支撐層與致密電解質(zhì)層及多孔陰極前驅(qū)層共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多孔金屬支撐層是具有過(guò)渡結(jié)構(gòu)的金屬支撐層，即，在遠(yuǎn)離電解質(zhì)側(cè)為多孔金屬層，而在靠近電解質(zhì)側(cè)為多孔金屬一陶瓷的復(fù)合層；且復(fù)合層中的金屬比例為0-50wt%,復(fù)合層的厚度為20 100 μ m,孔隙率為30 70%，孔徑為I 20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陶瓷層材料選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (氧化釤摻雜的氧化鈰)、GDC (氧化釓摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多孔金屬支撐層的厚度為O. I 1mm，孔隙率為30 70%，孔徑為I 40 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述金屬為不銹鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述不銹鋼為FeCrM合金，其中M為Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Y、Al、Ce、La元素中的任意一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的致密電解質(zhì)層的厚度為10 40 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2或7所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電解質(zhì)選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、SSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化鋯)、SDC (氧化釤摻雜的氧化鈰)、⑶C (氧化釓摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的多孔陰極前驅(qū)層的厚度為20 100 μ m,孔隙率為30 70%，孔徑為O. 3 5 μ m0
10.根據(jù)權(quán)利要求I或9所述的浸潰電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，其特征在于所述陰極前驅(qū)層材料選自YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、ssz (氧化鈧穩(wěn)定的氧化錯(cuò))、ScYSZ (氧化釔、氧化鈧共穩(wěn)定的氧化錯(cuò))、SDC (氧化衫摻雜的氧化鋪)、⑶C (氧化 L摻雜的氧化鋪)、LSGM (氧化銀和氧化鎂分別摻雜鑭位和鎵位的鎵酸鑭)中的任意一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浸漬電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池結(jié)構(gòu)，所述電池自內(nèi)至外依次為多孔金屬支撐層、致密電解質(zhì)層、多孔陰極前驅(qū)層，且所述多孔金屬支撐層與致密電解質(zhì)層及多孔陰極前驅(qū)層共燒結(jié)成一體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的浸漬電極用平板式金屬支撐型固體氧化物燃料電池不僅成本低、可操作性強(qiáng)，且可有效避免高溫共燒結(jié)導(dǎo)致的陽(yáng)極顆粒的粗化及其與合金元素的互擴(kuò)散問題，同時(shí)也解決了低溫?zé)Y(jié)時(shí)陰極與電解質(zhì)結(jié)合差、而高溫?zé)Y(jié)又會(huì)導(dǎo)致金屬支撐層過(guò)度氧化的矛盾，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01M8/12GK102881929SQ201210419649
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者周玉存, 王紹榮, 占忠亮, 孟燮, 袁春, 劉雪嬌, 錢繼勤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所