CN102347493A - 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法 - Google Patents

一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102347493A
CN102347493A CN2011103158672A CN201110315867A CN102347493A CN 102347493 A CN102347493 A CN 102347493A CN 2011103158672 A CN2011103158672 A CN 2011103158672A CN 201110315867 A CN201110315867 A CN 201110315867A CN 102347493 A CN102347493 A CN 102347493A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
pore
natural fiber
forming agent
sofc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103158672A
Other languages
English (en)
Inventor
吴也凡
苏蕙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jingdezhen Ceramic Institute
Original Assignee
Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jingdezhen Ceramic Institute filed Critical Jingdezhen Ceramic Institute
Priority to CN2011103158672A priority Critical patent/CN102347493A/zh
Publication of CN102347493A publication Critical patent/CN102347493A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

一种天然纤维造孔剂及利用其制备SOFC阳极的方法，涉及一种用于阳极粉体制备过程中添加的造孔剂制备阳极的方法。为了保证足够的阳极孔隙率，增加三相反应界面，增加阳极支撑体的强度以及减少工业制备造孔剂带来的环境污染，本发明采用天然纤维物质为造孔剂制备大规格阳极支撑型平板式单电池。本发明使用天然纤维造孔剂可使阳极在使用少量的造孔剂情况下形成相互连通，结构良好的细条状孔隙，有利于气体在阳极内顺利的流通，减小浓差极化，增加三相反应界面，提高电池输出性能，同时还增加阳极的机械强度。

Description

一种以天然纤维为造孔剂制备平板式SOFC阳极的方法
技术领域
本发明涉及以天然纤维为造孔剂制备阳极支撑体的方法，属于平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)领域。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)采用高熔点的固体氧化物作为电解质，全固体的电池结构不存在漏液问题，不采用贵金属如铂作为电极催化剂，成本大大降低，燃料适用范围广，余热利用价值高，成为能源领域的研究热点。平板式SOFC由于制备工艺相对简单、条件容易控制，造价低，并且电流流程短、采集均匀，电池功率密度高等原因，近几年成为国际研究领域的主流。根据不同的制造工艺，平板式SOFC可分为电解质支撑型和阳极支撑型。在电解质支撑型平板式SOFC电池中，电解质的厚度一般是50～150μm，由于电解质层较厚电池的欧姆电阻高，因此仅适合于在高温1000℃以上操作。在电极支撑型平板式SOFC，电解质的厚度能够显著地降低，一般是5～20μm，降低了电池的欧姆电阻，因而有可能在较低的温度如800℃下或更低的温度下操作。通常选择阳极作为支撑体，因为它有高的热导率和电导率、也有很好的机械强度以及与电解质间的相容性好等优点。
阳极支撑SOFC中，阳极的厚度为数百微米到厘米级，而电解质和阴极的厚度都相对很薄，为几十微米，气体在阳极中扩散比在阴极中的扩散要困难得多，到达反应地点要经历更长的路径，如果阳极的孔隙率不足，电池在工作中就可能出现明显的浓差极化，严重制约了电池的输出性能。如果阳极的孔隙率太大，会减小三相反应界面，影响阳极的活性，产生活化极化，降低电池输出性能，同时还会造成阳极强度的大幅度下降。通常在阳极中添加的造孔剂有面粉、淀粉、玉米粉等有机物造孔剂和石墨粉等碳单质造孔剂等，或者组合运用这些造孔剂。它们在阳极中留下了球形或其他不规则形状的孔洞。电极中连通的孔是必要的，连通的孔能让反应物扩散至活性反应区域并且使反应产物扩散出活性反应区域。通常要使这些造孔剂形成的孔洞能够形成连通的气体输运通道，就需要使用大量造孔剂，从而导致电池强度被破坏。
本专利在1％过氧化氢水溶液和1％硝酸铝水溶液介质中，采用经超声波处理的天然纤维作为造孔剂，其中的3价铝离子可加固天然纤维的纤维束。经超声波处理的纤维状物质可使阳极在使用少量造孔剂的情况下形成相互连通，结构良好的细条状孔隙，有利于气体在阳极内顺利的流通，减小浓差极化，同时增加阳极的机械强度，增加三相反应界面，提高电池输出性能，并具有工艺简单、不会造成环境污染等优点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种以经超声波处理的天然纤维作为造孔剂制备固体氧化物燃料电池阳极的方法。该方法工艺简单，成本低廉，易实行大面积生产且符合“环境友好”这一理念。
本发明的天然纤维造孔剂为自然界容易直接取得的物质，如棉花、蚕丝或麻纤维。利用上述造孔剂制备阳极支撑体的方法，其特征在于所述方法为：
(1)在容器内称取一定量的天然粗纤维，加入等量的1％过氧化氢水溶液和1％硝酸铝水溶液(其质量为天然粗纤维的25～30倍)，搅拌后置于超声波振荡器内，在60℃加热条件下超声振荡1～5小时，得到加工天然纤维悬浊液；
(2)将加工天然纤维悬浊液离心分离后，放入90℃烘箱内恒温烘干；
(3)将烘干后的加工天然纤维与NiO、YSZ粉体及分散剂与水混合后，放入球磨罐内，置于行星式球磨机内球磨5～20小时后，得到阳极材料浆料。阳极材料浆料经真空练泥机练制，得到阳极材料泥条，其中NiO占初始粉体总质量的40～60％，加工天然纤维占初始粉体总质量的5～30％，分散剂占初始粉体总质量的0.8～1.5％，粘结剂占初始粉体总质量的8～12％，水占初始粉体总质量的25～70％；
(4)将氧化钇稳定的氧化锆粉体、聚乙烯吡咯烷酮、水混合成浆料，球磨混合浆料，除气，将浆料在流延机上进行成型，制成电解质素坯膜片；
(5)在压机模具底部放置电解质素坯膜片，然后在其上放入阳极材料泥条，经热压叠层，压制成厚度为1mm，边长为230mm的半电池坯体；
(6)将制得的半电池坯体进行排塑，烧结。
优选的排塑条件为450～650℃，升温速度为0.5～1℃/分；优选的烧结条件为1300～1450℃下烧结2～4小时；优选的电解质素坯膜流延成型条件是刀高100～130μm，优选的阳极素坯膜流延成型条件是刀高1.0～1.8mm，并在室温下干燥15～30小时。
在上述步骤(3)的浆料中加入分散剂和粘结剂。
在本发明的实施例中，以棉花为造孔剂；
以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂；
以质量比为5～20％聚乙烯吡咯烷酮与95～80％桃胶组成复合粘结剂。
阳极中各组分的质量百分比具体组成为：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)粉体100g、氧化镍粉体100g、棉花10～60g，聚乙烯吡咯烷酮1.6～3g、质量比为5～20％聚乙烯吡咯烷酮与95～80％桃胶组成复合粘结剂16～24g，针对不同的粉料，可采取不同的配比方式。
本方法通过使用天然纤维为造孔剂制备了固体氧化物燃料电池阳极支撑体。本发明的优点在于：
(1)纤维状造孔剂在阳极中留下的细条状孔洞，有利于孔洞间的连通及反应气体到达反应面，降低浓差极化，同时用量少，可以增大三相反应界面，提高单电池电化学性能和强度；
(2)使用天然物质，方法简单、成本低廉，不会造成环境污染。
附图说明
图1是按实施例5制备的平板式SOFC在800℃以氢气为燃料时的I-V和I-P曲线，氢气流量为30ml/min，氧化气体(O2)流量为30ml/min。
具体实施方案
为了更清楚地理解本发明，以下结合具体实施方案来说明本发明实质性地进展和显著的进步，给出发明人的应用实例以对本发明作进一步的说明，但不仅局限于实施例。
实施例1
称取20g棉花，加入50g蒸馏水，搅拌5min后加入1％过氧化氢水溶液和1％硝酸铝水溶液600g，搅拌后置于超声波振荡器内，在60℃加热条件下超声振荡2小时，得到加工棉花纤维悬浊液。将悬浊液置于高速离心机进行离心，转速为3200转/分钟。将得到的棉花沉降物倒入烧杯，放入烘箱中恒温烘干，温度为90℃，得到加工棉花纤维。
实施例2
分别取氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)粉体100g、聚乙烯吡咯烷酮6g及水22g，加入到聚四氟乙烯球磨罐中，在行星球磨机上球磨24小时；然后加入聚乙烯吡咯烷酮3g，继续球磨12小时，得到电解质浆料。将电解质浆料抽真空10分钟，在流延机上以刀高120μm流延成型，室温下干燥24小时后脱模。制得电解质素坯膜片。
实施例3
分别取氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)粉体100g、NiO粉体100g，聚乙烯吡咯烷酮2g及水60g配成浆料，将实施例2中的加工棉花纤维添加到浆料中，置于聚四氟乙烯球磨罐中，在行星球磨机上球磨24小时；然后加入质量比为5～20％聚乙烯吡咯烷酮与95～80％桃胶组成复合粘结剂20g，继续球磨12小时，得到阳极材料浆料。阳极材料浆料经真空练泥机练制，得到阳极材料泥条。在压机模具底部放置电解质素坯膜片，然后在其上放入阳极材料泥条，经20MPa，90℃保压1小时压制成厚度为1mm，边长为230mm的半电池坯体，
将制得的半电池坯体进行烧结：450～650℃，升温速度为0.5～1℃/分；高温烧结条件为1400℃下烧结3小时，升温速度为2℃/分。经烧结后制成阳极支撑型-薄层电解质复合材料半电池。
实施例4
将按照实施例3的方法制备的大面积阳极支撑型-薄层电解质复合材料半电池切割成直经13mm的圆片，取La0.7Sr0.3Mn31g，松油醇溶液0.7g，于玛珯研钵中充分研磨，将所得阴极浆料丝网印刷到复合膜材料的电解质膜一侧，然后于1200℃烧结3小时，升温速度为1℃/分。最终制得平板式SOFC单电池。
实施例5
单电池发电实验
按照案例4制备平板式SOFC单电池，在单电池的阳极一侧涂上铂金网格以收集电流，并在两极引出Pt丝电，以玻璃环密封。800℃时通氢气还原阳极2小时后，以氢气为燃料，进行发电实验。结果表明，该单电池具有优良的电催化性能，H2下的最大功率密度达到了0.79W/cm2。

Claims (4)

1.一种天然纤维造孔剂，其特征在于其形貌为细条状结构。
2.根据权利要求1所述的天然纤维造孔剂，其特征在于所述造孔剂为棉花、蚕丝或麻纤维。
3.一种利用权利要求1-2所述的天然纤维造孔剂制备平板式SOFC阳极支撑体的方法，其特征在于所述方法为：
(1)在容器内称取一定量的天然粗纤维，加入1％过氧化氢水溶液和1％硝酸铝水溶液，搅拌后置于超声波振荡器内，在60℃加热条件下超声振荡1～5小时，得到加工天然纤维悬浊液；
(2)将加工天然纤维悬浊液离心分离后，放入90℃烘箱内恒温烘干；
(3)将烘干后的加工天然纤维与NiO、YSZ粉体及分散剂与水混合后，放入球磨罐内，置于行星式球磨机内球磨后，得到阳极材料浆料。阳极材料浆料经真空练泥机练制，得到阳极材料泥条，其中NiO占初始粉体总质量的40～60％，加工天然纤维占初始粉体总质量的5～30％，分散剂占初始粉体总质量的0.8～1.5％，粘结剂占初始粉体总质量的8～12％，水占初始粉体总质量的25～70％；
(4)将氧化钇稳定的氧化锆粉体、聚乙烯吡咯烷酮、水混合成浆料，球磨混合浆料，除气，将浆料在流延机上进行成型，制成电解质素坯膜片；
(5)在压机模具底部放置电解质素坯膜片，然后在其上放入阳极材料泥条，经热压叠层，压制成厚度为1mm，边长为230mm的半电池坯体；
(6)将制得的半电池坯体进行排塑，烧结得到SOFC半电池。
4.按权利要求3所述的天然纤维造孔剂制备阳极支撑体的方法，其特征在于步骤(6)所述的排塑条件为450～650℃，升温速度为0.5～1℃/分；烧结条件为1300～1450℃下烧结2～4小时。
CN2011103158672A 2011-10-12 2011-10-12 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法 Pending CN102347493A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103158672A CN102347493A (zh) 2011-10-12 2011-10-12 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103158672A CN102347493A (zh) 2011-10-12 2011-10-12 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102347493A true CN102347493A (zh) 2012-02-08

Family

ID=45545910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103158672A Pending CN102347493A (zh) 2011-10-12 2011-10-12 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102347493A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103954670A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 吉林大学 具有高效三相界面的ysz基混成电位型no2传感器及其制备方法
CN104157885A (zh) * 2014-08-19 2014-11-19 大连理工大学 一种高孔隙率长孔道固体氧化物燃料电池电极的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004422A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Japan Fine Ceramics Center 固体酸化物形燃料電池用電極及び固体酸化物形燃料電池並びにその製造方法
CN101136478A (zh) * 2007-08-31 2008-03-05 哈尔滨工业大学 一种阳极支撑体的制备方法
CN101182235A (zh) * 2007-11-09 2008-05-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 有机聚合物空心微球作为造孔剂制备多孔无机材料的方法
CN101894956A (zh) * 2010-08-17 2010-11-24 哈尔滨工业大学 含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004422A (ja) * 2006-06-23 2008-01-10 Japan Fine Ceramics Center 固体酸化物形燃料電池用電極及び固体酸化物形燃料電池並びにその製造方法
CN101136478A (zh) * 2007-08-31 2008-03-05 哈尔滨工业大学 一种阳极支撑体的制备方法
CN101182235A (zh) * 2007-11-09 2008-05-21 中国科学院上海硅酸盐研究所 有机聚合物空心微球作为造孔剂制备多孔无机材料的方法
CN101894956A (zh) * 2010-08-17 2010-11-24 哈尔滨工业大学 含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103954670A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 吉林大学 具有高效三相界面的ysz基混成电位型no2传感器及其制备方法
CN104157885A (zh) * 2014-08-19 2014-11-19 大连理工大学 一种高孔隙率长孔道固体氧化物燃料电池电极的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tong et al. A 4× 4 cm2 nanoengineered solid oxide electrolysis cell for efficient and durable hydrogen production
CN110129044A (zh) 一种以生物质为碳源的石墨烯量子点制备方法及其应用
CN103280583B (zh) 一种用于制备质子交换膜燃料电池的催化层结构的方法
CN104894595B (zh) 一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极及其制备方法
CN109201103A (zh) 一种整体式多孔双效非贵金属全电解水催化剂及合成方法
CN107858701A (zh) 一种用于固态聚合物水电解器的钛基析氢电极及其制备方法
CN102104155B (zh) 一种燃料电池用低铂阴极催化层及其应用
CN109802161A (zh) 一种低温固体氧化物燃料电池
CN109768292A (zh) 一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法
Liu et al. Fabrication and characterization of a co-fired La0. 6Sr0. 4Co0. 2Fe0. 8O3− δ cathode-supported Ce0. 9Gd0. 1O1. 95 thin-film for IT-SOFCs
CN102185148A (zh) 一种纳米片微孔结构NiO基SOFC复合阳极膜材及制备方法
Li et al. Advanced Architectures of Air Electrodes in Zinc–Air Batteries and Hydrogen Fuel Cells
CN107195938A (zh) 一种简单的固体氧化物燃料电池制备方法
CN109687005A (zh) 一种基于镍酸钐和钐掺杂氧化铈复合材料的氧化物燃料电池
Zhang et al. Electrochemical reduction of CO2 with exsolved metal–oxide interfaces in a proton-conducting solid oxide electrolyzer
CN109687006B (zh) 一种基于氧化铈/氧化镍复合材料的低温固体氧化物燃料电池
CN102503531A (zh) 一种采用球形和纤维状结构的复合造孔剂制备sofc阳极的方法
CN102364737A (zh) 一种平板式sofc抗积碳复合阳极膜材的制备方法
CN109786795A (zh) 一种基于锡酸锶/镧锶钴铁复合材料的低温固体氧化物燃料电池
CN110137551A (zh) 一种三极共烧的sofc及其制备方法
CN103367768A (zh) 一种制备质子交换膜燃料电池双层催化层结构的方法
CN109742430A (zh) 一种基于锡酸钡/氧化锌复合材料的低温固体氧化物燃料电池
CN103326032B (zh) 用于制备质子交换膜燃料电池的铂梯度分布催化层结构的方法
CN102347493A (zh) 一种以天然纤维为造孔剂制备平板式sofc阳极的方法
CN107994234A (zh) 陶瓷燃料电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wu Yefan

Inventor after: Su Hui

Inventor after: Luo Linghong

Inventor after: Shi Jijun

Inventor after: Cheng Liang

Inventor before: Wu Yefan

Inventor before: Su Hui

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WU YEFAN SU HUI TO: WU YEFAN SU HUI LUO LINGHONG SHI JIJUN CHENG LIANG

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120208