CN101847726A - 组合物及一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组合物，包括：聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物。一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法，包括：将纳米级的导电氧化物与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀，形成混合物；向所述混合物中加入有机溶剂，形成浆料；将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间，升温至600℃～800℃，形成阴极接触层。本发明提供的组合物可以填入燃料电池的阴极与集流件之间，用作固体氧化物燃料电池的阴极接触层材料，随着燃料电池逐渐升至工作温度，组合物中的有机溶剂和聚乙烯醇缩丁醛会挥发或者分解，仅由纳米级导电氧化物发挥导电作用。纳米级的导电氧化物活性较高，无需高温烧结或转换气氛烧结即可具有较高的导电率。
Description
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种组合物及一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的装置，具有能量转换效率高、污染排放低、燃料适应性强、负荷响应快、使用范围广等诸多优点。其中，工作温度为600℃～800℃的固体氧化物燃料电池由于温度适当，对电极、电解质和连接密封材料要求较低而成为研究热点。
固体氧化物燃料电池的工作原理如下：氧化气和燃料气由致密的电解质隔离，分别在电极的催化作用下生成阴、阳离子，阴、阳离子在化学势差的推动下经电解质传导形成通路，从而产生电流，该电流通过与阴极表面接触的集流件传导到外电路，供给外界负载使用。由此可见，电流的收集是固体氧化物燃料电池正常运行的关键。但是，固体氧化物燃料电池中一般使用多孔的阴极，阴极表面与集流件表面的起伏程度无法完全匹配而使阴极与集流件的接触面上出现空隙，影响电流的传导，尤其当固体氧化物燃料电池的工作温度为600℃～800℃时，阴极与集流件会发生不同的热膨胀，严重影响电流的传导。因此，需要在阴极和集流件之间增加一层导电率高、物理化学性质稳定的阴极接触层，以填补阴极和集流件之间的空隙，降低阴极和集流件膨胀对电流传导的影响，改善电流的收集效果，提高燃料电池的整体效率。
现有技术中一般采用贵金属或导电氧化物作为固体氧化物燃料电池的阴极接触层，如金、银、铂等贵金属或钴酸镧、锶掺杂的钴酸镧等导电氧化物。贵金属可以直接做成浆料印刷在阴极表面，但是，金、铂成本较高，不利于批量生产；银在高温下挥发较多，而且会通过电解质扩散到阳极，造成电池短路；而导电氧化物虽然便宜，但是需要经过气氛转换烧结或1000℃以上的高温烧结才能制备成导电率较高的阴极接触层，如《电源技术》中报道将钴酸镧在1200℃下烧结形成燃料电池的阴极接触层(Journal of Power Sources.70.(1998).85-90)；《电源技术》中也报道了将锶掺杂的钴酸镧通过气氛转换烧结形成燃料电池的阴极接触层(Journal of Power Sources.180.(2008).294-300)。高温烧结对设备和集流件材料要求较高，转换气氛烧结工艺步骤较为复杂，均会造成燃料电池的成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种组合物及一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法，本发明提供的组合物用作固体氧化物燃料电池阴极接触层的材料时，该阴极接触层具有较高的导电率，且制备工艺简单，成本较低。
本发明提供了一种组合物，包括：聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物。
优选的，所述纳米级的导电氧化物为纳米级的钙钛矿结构氧化物。
优选的，所述钙钛矿结构氧化物为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧、锶和铁掺杂的钴酸镧、锶和铜掺杂的钴酸镧或铁掺杂的镍酸镧。
优选的，所述有机溶剂为乙醇、丙酮或丁酮。
优选的，所述纳米级的导电氧化物、聚乙烯醇缩丁醛和有机溶剂的质量比为12～20∶2～20∶100。
优选的，所述组合物还包括分散剂。
优选的，所述分散剂为三乙醇胺、鱼油或聚丙烯酸。
优选的，所述纳米级的导电氧化物与所述分散剂的质量比为12～20∶1～4。
本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法，包括：
将纳米级的导电氧化物与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀，形成混合物；
向所述混合物中加入有机溶剂，形成浆料；
将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间，升温至600℃～800℃，形成阴极接触层。
优选的，将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间的方法为涂覆、丝网印刷或流延。
与现有技术相比，本发明提供了一种由聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物组成的组合物，所述组合物可以填入燃料电池的阴极与集流件之间，用作固体氧化物燃料电池的阴极接触层材料。当所述组合物作为阴极接触层时，随着燃料电池逐渐升至工作温度(600℃～800℃)，组合物中的有机溶剂和聚乙烯醇缩丁醛会挥发或者分解，仅由纳米级导电氧化物发挥导电作用。聚乙烯醇作为粘结剂，使阴极接触层具有良好的堆积密度，有利于电流的传导；同时，纳米级的导电氧化物活性较高，无需高温烧结或转换气氛烧结即可具有较高的导电率。因此，聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级导电氧化物共同发挥作用，使得到的阴极接触层具有较高的导电率。进一步的，以聚乙烯醇缩丁醛作为粘结剂时，可以采用易挥发的有机溶剂，如乙醇、丙酮等，这些有机溶剂在电池升温过程中就能够挥发掉，避免了在高温下燃烧产生气体而降低燃料电池的性能。此外，本发明提供的制备方法工艺流程简单，对制备设备要求不高，原料廉价易得，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例使用的燃料电池断面放大500倍的电镜照片；
图2为本发明实施例1提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图3为本发明实施例2提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图4为本发明实施例3提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图5为本发明实施例4提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图6为本发明实施例5提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图7为本发明比较例1提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图；
图8为本发明比较例2提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种组合物，包括：聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物。
所述组合物可以用于固体燃料电池的阴极接触层，尤其是工作温度为600℃～800℃的燃料电池的阴极接触层。所述阴极接触层的主要作用是填补阴极和集流件之间的空隙，使阴极上的电流顺利且充分地通过集流件传递给外电路，供给外界负载使用，因此，阴极接触层需要满足以下条件：导电率高；物理化学性质稳定，不与阴极材料或集流件材料反应。
纳米级的导电氧化物具有较高的活性，可以满足阴极接触层材料的要求。本发明中，所述纳米级的导电氧化物的平均粒径优选为10nm-100nm，更优选为10nm-50nm。
由于现有固体氧化物燃料电池的阴极材料大多为钙钛矿结构的材料，因此，本发明中，纳米级的导电氧化物优选为纳米级的钙钛矿结构的氧化物，更优选为纳米级的锶掺杂的锰酸镧、纳米级的锶掺杂的钴酸镧、纳米级的锶和铁掺杂的钴酸镧、纳米级的锶和铜掺杂的钴酸镧或铁掺杂的镍酸镧，最优选为纳米级的锶掺杂的钴酸镧或纳米级的锶和铜掺杂的钴酸镧。在本发明中，纳米级的导电氧化物的导电性越好，组合物用作燃料电池阴极接触层时的导电性能越好。
本发明对所述纳米级的钙钛矿结构的氧化物的来源没有特殊限制，可以为按照溶胶凝胶法、共沉淀法或气相沉积法等化学方法制备，如柠檬酸法制备的纳米级的锶掺杂的锰酸镧或高能球磨法制备的锶掺杂的锰酸镧，也可以将市售的钙钛矿结构的氧化物用机械球磨法、物理粉碎法等物理方法制备。
聚乙烯醇缩丁醛在本发明提供的组合物中起粘结剂的作用，用作阴极接触层时可以提高阴极接触层的堆积密度。本发明对聚乙烯醇缩丁醛的来源没有特殊限制，可以通过聚乙烯醇和丁醛缩聚制备得到，也可以从市场上购买得到。
本发明提供的组合物中，有机溶剂的作用是溶解聚乙烯醇缩丁醛，使聚乙烯醇缩丁醛与纳米级的导电氧化物混合形成浆料。用于阴极接触层时，有机溶剂不能与阴极材料或集流件材料发生反应，因此，本发明中有机溶剂优选为较易挥发的有机溶剂，更优选为乙醇、丙酮或丁酮，最优选为乙醇。
本发明中，所述纳米级的导电氧化物、聚乙烯醇缩丁醛和有机溶剂的质量比优选为10～20∶2～20∶100，更优选为12～20∶3～20∶100，最优选为12～20∶10～15∶100。在本发明中，纳米级导电氧化物在组合物中的比例越高，组合物用作燃料电池的阴极接触层时的导电性越好，相应的燃料电池的性能更佳。聚乙烯醇缩丁醛在组合物中含量过高会影响阴极接触层的导电性，导致燃料电池性能下降；含量过低不能提高阴极接触层的堆积密度，导致燃料电池性能下降。
为了使组合物中各组分的分布更均一、稳定，本发明在所述组合物中优选包括分散剂，所述分散剂包括但不限于三乙醇胺、鱼油或聚丙烯酸。分散剂与纳米级的导电氧化物按质量比优选为1～4∶12～20。
本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法，包括：
将纳米级的导电氧化物与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀，形成混合物；
向所述混合物中加入有机溶剂，形成浆料；
将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间，升温至600℃～800℃，形成阴极接触层。
本发明对纳米级的导电氧化物、聚乙烯醇缩丁醛和有机溶剂的混合顺序没有特殊限制，但是由于所述有机溶剂一般为易挥发的溶剂，为了避免有机溶剂挥发影响混合效果，本发明优选先将纳米级导电氧化物和聚乙烯醇缩丁醛混合，再加入有机溶剂搅拌形成浆料。
将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间，即可形成阴极接触层，所述填入方法包括但不限于涂覆、丝网印刷或流延，优选为涂覆。
将所述浆料填入燃料电池后，无需高温烧结或气氛转换烧结，只需将燃料电池升温至工作温度(600℃～800℃)，所述阴极接触层即可发挥作用。在升温过程中，浆料中的有机溶剂和聚乙烯醇缩丁醛挥发或分解，从而避免了在高温时燃烧产生气体降低电池的性能；当升至工作温度后，阴极接触层中只有纳米级的导电氧化物发挥作用。
与现有技术相比，本发明并未使用金、银、铂等贵金属，而是以聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物组成的组合物制备固体氧化物燃料电池阴极接触层，其中，纳米级的导电氧化物活性较高，无需高温烧结或转换气氛烧结即可具有较高的导电率；聚乙烯醇缩丁醛作为粘结剂时，阴极接触层具有良好的堆积密度，从而更有利于电流的传导。聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级导电氧化物共同发挥作用，使得到的阴极接触层具有较高的导电率。此外，本发明提供的制备方法工艺流程简单，对制备设备要求不高，原料廉价易得，降低了生产成本。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的固体氧化物燃料电池阴极接触层及其制备方法进行详细描述。
实施例1
参照《材料科学与工程学报》2008年02期的《柠檬酸法和聚乙烯醇法制备La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3纳米材料工艺过程及微观形貌比较》中提供的柠檬酸法制备锶掺杂的钴酸镧纳米粉体，得到的纳米粉体具有如下化学组成：La0.8Sr0.2CoO3；对所述纳米粉体进行电镜扫描，其平均粒径为20nm；
将0.5g锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与0.5g聚乙烯醇缩丁醛放入研钵中充分研磨，使锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀；然后向研钵中加入5g无水乙醇和0.1g三乙醇胺，继续研磨，使混合物形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，图1为本发明实施例使用的燃料电池断面放大500倍的电镜照片，其中，图1上部结构较为松散、较薄的A层为燃料电池的阴极，由锶掺杂的锰酸镧和钇稳定的氧化锆组成的复合材料构成；图1中部结构较为致密、薄的B层为电解质，由钇稳定的氧化锆构成；图1下部结构更松散、较厚的C层为燃料电池的阳极，由氧化镍和钇稳定的氧化锆组成的复合材料构成；用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图2，图2为本发明实施例1提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a11为本发明实施例1提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b11为本发明实施例1提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a12为本发明实施例1提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b12为本发明实施例1提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a13为本发明实施例1提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b13为本发明实施例1提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图2可知，本发明提供的燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为690mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为480mW/cm2。可见，本发明提供的未经高温烧结的阴极接触层能够满足燃料电池对阴极接触层的要求。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备锶掺杂的钴酸镧纳米粉体；
将0.5g锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与0.125g聚乙烯醇缩丁醛放入研钵中充分研磨，使锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀；然后向研钵中加入5g无水乙醇和0.1g三乙醇胺，继续研磨，使混合物形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图3，图3为本发明实施例2提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a21为本发明实施例2提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b21为本发明实施例2提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a22为本发明实施例2提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b22为本发明实施例2提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a23为本发明实施例2提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b23为本发明实施例2提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图3可知，本发明提供的燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为750mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为550mW/cm2。可见，本发明提供的未经高温烧结的阴极接触层能够满足燃料电池对阴极接触层的要求。
实施例3
将购自FCM(fuelcellmaterials)公司的型号为LSM20的锶掺杂的锰酸镧用Retsch公司的PM100型号的高能球磨机磨成纳米粉体，球磨机转速400rpm，时间为2h；对所述纳米粉体进行电镜扫描，其平均粒径为50nm；
将0.5g锶掺杂的锰酸镧纳米粉体与0.5g聚乙烯醇缩丁醛放入研钵中充分研磨，使锶掺杂的锰酸镧纳米粉体与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀；然后向研钵中加入5g无水乙醇和0.025g三乙醇胺，继续研磨，使混合物形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图4，图4为本发明实施例3提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a31为本发明实施例3提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b31为本发明实施例3提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a32为本发明实施例3提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b32为本发明实施例3提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a33为本发明实施例3提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b33为本发明实施例3提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图4可知，本发明提供的燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为390mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为310mW/cm2。可见，本发明提供的未经高温烧结的阴极接触层能够满足燃料电池对阴极接触层的要求。
实施例4
采用与实施例1相同的方法制备锶掺杂的钴酸镧纳米粉体；
将0.5g锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与0.083g聚乙烯醇缩丁醛放入研钵中充分研磨，使锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀；然后向研钵中加入5g无水乙醇和0.1g三乙醇胺，继续研磨，使混合物形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图5，图5为本发明实施例4提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a41为本发明实施例4提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b41为本发明实施例4提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a42为本发明实施例4提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b42为本发明实施例4提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a43为本发明实施例4提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b43为本发明实施例4提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图5可知，本发明提供的燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为720mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为530mW/cm2。可见，本发明提供的未经高温烧结的阴极接触层能够满足燃料电池对阴极接触层的要求。
实施例5
参照《材料科学与工程学报》2008年02期的《柠檬酸法和聚乙烯醇法制备La0.8Sr0.2Co0.5Fe0.5O3纳米材料工艺过程及微观形貌比较》中提供的柠檬酸法制备锶和铜掺杂的钴酸镧纳米粉体，得到的纳米粉体具有如下化学组成：La0.6Sr0.4Co0.8Cu0.2O3；对所述纳米粉体进行电镜扫描，其平均粒径为20nm；
将0.5g锶和铜掺杂的钴酸镧纳米粉体与0.125g聚乙烯醇缩丁醛放入研钵中充分研磨，使锶和铜掺杂的钴酸镧纳米粉体与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀；然后向研钵中加入5g无水乙醇，继续研磨，使混合物形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图6，图6为本发明实施例5提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a51为本发明实施例5提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b51为本发明实施例5提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a52为本发明实施例5提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b52为本发明实施例5提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a53为本发明实施例5提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b53为本发明实施例5提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图6可知，本发明提供的燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为710mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为540mW/cm2。可见，本发明提供的未经高温烧结的阴极接触层能够满足燃料电池对阴极接触层的要求。
比较例1
选择具有图1所示的结构的燃料电池，将燃料电池连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图7，图7为本发明比较例1提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a61为本发明比较例1提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b61为本发明比较例1提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a62为本发明比较例1提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b62为本发明比较例1提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a63为本发明比较例1提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b63为本发明比较例1提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图7可知，在不增加阴极接触层的情况下，燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；但在800℃时的最大功率密度为280mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为210mW/cm2，低于增加了阴极接触层的燃料电池。
比较例2
采用与实施例1相同的方法制备锶掺杂的钴酸镧纳米粉体；
将0.5g锶掺杂的钴酸镧纳米粉体与5g无水乙醇混合，在研钵研磨，使之充分混合，形成均匀、粘稠的浆料；
选择具有图1所示的结构的燃料电池，用刷子将浆料均匀地涂覆在阴极表面和集流件表面，然后将集流件压覆在阴极上，在室温下干燥后，连接外电路，分别升温至700℃、750℃和800℃，进行电池性能测试，结果参见图8，图8为本发明比较例2提供的燃料电池的电流密度-电压-功率密度曲线图。其中，曲线a71为本发明比较例2提供的燃料电池在700℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b71为本发明比较例2提供的燃料电池在700℃的电流密度-电压曲线；曲线a72为本发明比较例2提供的燃料电池在750℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b72为本发明比较例2提供的燃料电池在750℃的电流密度-电压曲线；曲线a73为本发明比较例2提供的燃料电池在800℃时的电流密度-功率密度曲线；曲线b73为本发明比较例2提供的燃料电池在800℃的电流密度-电压曲线；
由图8可知，在仅以锶掺杂的钴酸镧为阴极接触层的情况下，燃料电池的开路电压在700℃～800℃均大于1.0V；在800℃时的最大功率密度为500mW/cm2，在750℃时的最大功率密度为380mW/cm2，低于锶掺杂的钴酸镧与聚乙烯醇缩丁醛共同形成阴极接触层的燃料电池。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种组合物，包括：聚乙烯醇缩丁醛、有机溶剂和纳米级的导电氧化物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述纳米级的导电氧化物为纳米级的钙钛矿结构氧化物。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述钙钛矿结构氧化物为锶掺杂的锰酸镧、锶掺杂的钴酸镧、锶和铁掺杂的钴酸镧、锶和铜掺杂的钴酸镧或铁掺杂的镍酸镧。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙酮或丁酮。
5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述纳米级的导电氧化物、聚乙烯醇缩丁醛和有机溶剂的质量比为12～20∶2～20∶100。
6.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，还包括分散剂。
7.根据权利要求6所述的组合物，其特征在于，所述分散剂为三乙醇胺、鱼油或聚丙烯酸。
8.根据权利要求7所述的组合物，其特征在于，所述纳米级的导电氧化物与所述分散剂的质量比为12～20∶1～4。
9.一种固体氧化物燃料电池阴极接触层的制备方法，其特征在于，包括：
将纳米级的导电氧化物与聚乙烯醇缩丁醛混合均匀，形成混合物；
向所述混合物中加入有机溶剂，形成浆料；
将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间，升温至600℃～800℃，形成阴极接触层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述浆料填入燃料电池的阴极与集流件之间的方法为涂覆、丝网印刷或流延。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103700866A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-02 | 黑龙江大学 | 一种中温固体氧化物燃料电池缺位双钙钛矿结构阴极材料及其制备方法 |
| CN104721051A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-06-24 | 镇江杏林医疗科技有限公司 | 理疗贴及其柱形膏的制作方法 |
| CN108011146A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-05-08 | 四川长虹电器股份有限公司 | 废旧锂电池再资源化回收方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1464577A (zh) * | 2002-06-20 | 2003-12-31 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种中温固体氧化物燃料电池复合双层阳极及制备 |
| CN1697229A (zh) * | 2004-05-11 | 2005-11-16 | 东邦瓦斯株式会社 | 固体氧化物燃料电池的单电池 |
| CN1960047A (zh) * | 2006-11-23 | 2007-05-09 | 上海交通大学 | 多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池的制备方法 |
| CN101515651A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-26 | 中国科学技术大学 | 一种固体氧化物燃料电池的制备方法 |
| TW201017968A (en) * | 2008-10-16 | 2010-05-01 | Iner Aec Executive Yuan | Solid oxide fuel cell and manufacture method thereof |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1464577A (zh) * | 2002-06-20 | 2003-12-31 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种中温固体氧化物燃料电池复合双层阳极及制备 |
| CN1697229A (zh) * | 2004-05-11 | 2005-11-16 | 东邦瓦斯株式会社 | 固体氧化物燃料电池的单电池 |
| CN1960047A (zh) * | 2006-11-23 | 2007-05-09 | 上海交通大学 | 多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池的制备方法 |
| TW201017968A (en) * | 2008-10-16 | 2010-05-01 | Iner Aec Executive Yuan | Solid oxide fuel cell and manufacture method thereof |
| CN101515651A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-26 | 中国科学技术大学 | 一种固体氧化物燃料电池的制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103700866A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-02 | 黑龙江大学 | 一种中温固体氧化物燃料电池缺位双钙钛矿结构阴极材料及其制备方法 |
| CN104721051A (zh) * | 2014-12-17 | 2015-06-24 | 镇江杏林医疗科技有限公司 | 理疗贴及其柱形膏的制作方法 |
| CN104721051B (zh) * | 2014-12-17 | 2018-03-20 | 镇江杏林医疗科技有限公司 | 理疗贴及其柱形膏的制作方法 |
| CN108011146A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-05-08 | 四川长虹电器股份有限公司 | 废旧锂电池再资源化回收方法 |
| CN108011146B (zh) * | 2017-11-17 | 2021-04-23 | 四川长虹电器股份有限公司 | 废旧锂电池再资源化回收方法 |
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