CN102347495A - 固体氧化物燃料电池结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，特别涉及一种固体氧化物燃料电池结构及其制备方法。该电池结构由上至下依次为电池阴极层、电解质层以及电池阳极层，所述电池阴极层由上至下分为PrBaCo2O5层和LSM层，电解质层为YSZ，电池阳极层为Ni-YSZ；其中，PrBaCo2O5层的厚度为2-4微米。由于PrBaCo2O5具有较高的高催化性能，氧体扩散系数，表面交换系数及氧离子迁移能力，因此采用PrBaCo2O5-LSM/YSZ/Ni-YSZ结构及材料体系，能够提高阴极的吸附氧的能力和解离氧的性能，具有改善固体氧化物燃料电池阴极性能的特点。

Description

固体氧化物燃料电池结构及其制备方法
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池领域，特别涉及一种固体氧化物燃料电池结构及其制备方法。
背景技术
随着石油的枯竭，以及人们所面临的环境恶化问题的严重，研究和开发新的能源转换技术成为当今社会的主流想法，固体氧化物燃料电池由于具有环境友好、能量转换效率高和燃料适应广泛等优点，成为人们的研究热点，其基本的工作原理是一种将化学能直接转化成电能的全固态电化学发电装置，是世界各国竞相发展的一种新型绿色能源技术，也是解决目前能源与环境危机的最好途径。然而，固体氧化物燃料电池技术由于成本、稳定性和效率等问题，面临极大的挑战，因此开发和研究新型的固体氧化物燃料电池技术以提高其性能，具有重要的经济价值和社会效益，对人类的可持续发展起到了关键的作用。
现在的固体氧化物燃料电池由阴极、电解质和阳极构成，其使用的材料分别为：阴极La0.8Sr0.2MnO3(LSM)，电解质YSZ，阳极Ni-YSZ。其中，阴极由于具有吸附氧的能力和解离氧的性能，LSM的传导能力较好，但其对氧的吸附和解析能力一般，由于电池的性能在某种意义上取决于阴极的性能，因此它在整个系统中具有非常重要的作用，为了提高燃料电池的效率，有必要对阴极进行改性，提高阴极的性能，从而提高固体氧化物燃料电池的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能的固体氧化物燃料电池结构。
本发明采用的技术方案为：
该结构由上至下依次为电池阴极层、电解质层以及电池阳极层，所述电池阴极层由上至下分为PrBaCo2O5层和LSM层，电解质层为YSZ，电池阳极层为Ni-YSZ；其中，PrBaCo2O5层的厚度为2-4微米。
本发明还提供了一种所述固体氧化物燃料电池结构的制备方法，具体为：在YSZ电解质层的一侧表面采用表面涂敷技术制备LSM阴极层，在另一侧表面采用表面涂覆技术制备Ni-YSZ阳极层，在LSM阴极层上采用磁控溅射等技术制备一层厚度为2-4微米的PrBaCo2O5层，并在700-900℃的条件下进行50-80min的保温热处理，即可得到所述电池结构。
本发明的优点为：
由于PrBaCo2O5具有较高的高催化性能，氧体扩散系数，表面交换系数及氧离子迁移能力，因此采用PrBaCo2O5-LSM/YSZ/Ni-YSZ结构及材料体系，能够提高阴极的吸附氧的能力和解离氧的性能；又由于PrBaCo2O5层比较薄，将吸附的氧传给LSM层，同时又利用了LSM的优点，因此，该结构及材料体系具有改善固体氧化物燃料电池阴极性能的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标号：
1-PrBaCo2O5层；2-LSM层；3-电解质层；4-电池阳极层。
具体实施方式
一种固体氧化物燃料电池结构及其制备方法，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1：
电池结构以电解质层3为支撑，采用YSZ作为电解质材料，在电解质层3一侧表面刷涂一层作为固体氧化物燃料电池阴极的LSM(La0.8S0.2MnO3)层2，在电解质层3另一侧制备材料为Ni-YSZ的电池阳极层4，在LSM层2上采用磁控溅射技术制备薄薄的一层厚度约2微米的PrBaCo2O5层1，将经过磁控溅射之后所形成的薄膜，经过在800℃保温1小时热处理之后，形成新型结构核材料体系的固体氧化物燃料电池。
实施例2：
电池结构以电解质层3为支撑，采用YSZ作为电解质材料，在电解质层3一侧表面刷涂一层作为固体氧化物燃料电池阴极的LSM(La0.8S0.2MnO3)层2，在电解质层3另一侧制备材料为Ni-YSZ的电池阳极层4，在LSM层2上采用磁控溅射技术制备薄薄的一层厚度约3微米的PrBaCo2O5层1，将经过磁控溅射之后所形成的薄膜，经过在700℃保温80min热处理之后，形成新型结构核材料体系的固体氧化物燃料电池。
实施例3：
电池结构以电解质层3为支撑，采用YSZ作为电解质材料，在电解质层3一侧表面刷涂一层作为固体氧化物燃料电池阴极的LSM(La0.8S0.2MnO3)层2，在电解质层3另一侧制备材料为Ni-YSZ的电池阳极层4，在LSM层2上采用磁控溅射技术制备薄薄的一层厚度约4微米的PrBaCo2O5层1，将经过磁控溅射之后所形成的薄膜，经过在900℃保温50min热处理之后，形成新型结构核材料体系的固体氧化物燃料电池。

Claims (2)

1.固体氧化物燃料电池结构，由上至下依次为电池阴极层、电解质层以及电池阳极层，其特征在于，所述电池阴极层由上至下分为PrBaCo2O5层和LSM层，电解质层为YSZ，电池阳极层为Ni-YSZ；其中，PrBaCo2O5层的厚度为2-4微米。
2.固体氧化物燃料电池结构的制备方法，其特征在于，在YSZ电解质层的一侧表面采用表面涂敷技术制备LSM层，在另一侧表面采用表面涂覆技术制备Ni-YSZ阳极层，在LSM阴极层上采用磁控溅射等技术制备一层厚度为2-4微米的PrBaCo2O5层，并在700-900℃的条件下进行50-80min的保温热处理。
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