CN102584223A

CN102584223A - 用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料

Info

Publication number: CN102584223A
Application number: CN2012100147581A
Authority: CN
Inventors: 孙再洪; 于水; 韩敏芳; 杜晓佳; 李福燊
Original assignee: Suzhou Hua Tsing Power Sci & Tech Co Ltd
Current assignee: Suzhou Hua Tsing Power Sci & Tech Co Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开一种用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料，包括陶瓷粉料和溶剂，此陶瓷粉料配方由下列摩尔百分含量的组分组成：ZrO₂，92～97mol％；Y₂O₃，3～8mol％；所述溶剂由下列质量百分含量的组分组成：乙醇，40～60w％；正丙醇，60～40w％；分散剂，1～2w％；所述陶瓷粉料中还含有粘结剂和塑化剂，此粘结剂的质量百分含量为陶瓷粉料的8～15w％，此塑化剂的质量百分含量为陶瓷粉料的3～12w％；所述陶瓷粉料与溶剂质量比为1∶0.2～0.7；所述陶瓷粉料粒度为0.1～1.0μm的陶瓷粉料；所述分散剂为蓖麻油；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。本发明流延浆料挥发性较低、浆料的粘度变化小、流延过程容易控制且膜坯的质量稳定。

Description

用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料

技术领域

本发明涉及一种用于制备燃料电池中电解质膜的流延浆料，属于陶瓷材料领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种清洁、高效的高温发电装置，目前主要有管式和平板式两种结构。其中平板式电池因其具有较高的功率密度和较低的成本而成为研究的热点，其单电池由阳极、电解质和阴极三层陶瓷膜片顺序紧密结合组成。平板式固体氧化物燃料电池的固体电解质陶瓷膜片采用流延成型工艺制备，流延工艺必须首先将陶瓷粉体调制成具有一定流动性(粘度)的浆料，然后经流延、烘干成膜坯，最后高温烧制成陶瓷膜片。传统用于制备固体氧化物燃料电池陶瓷膜片的浆料，其溶剂主要是(乙醇+丁酮)体系，由于该体系的挥发性强，不仅气味大，使得操作环境恶劣，而且在流延过程中浆料的粘度变化快，导致流延工艺条件控制困难，薄膜坯体质量不稳定。

因此，如何提供一种挥发性较低、浆料的粘度变化小、流延过程容易控制的用于制备电解质膜的流延浆料，成为本领域普通技术人员努力的方向。

发明内容

本发明目的是提供一种用于制备燃料电池中电解质膜的流延浆料，此流延浆料挥发性较低、浆料的粘度变化小、流延过程容易控制且膜坯的质量稳定。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料，包括陶瓷粉料和溶剂，此陶瓷粉料配方由下列摩尔百分含量的组分组成：

ZrO₂ 92～97mol％，

Y₂O₃ 3～8mol％；

其特征在于：所述溶剂由下列质量百分含量的组分组成：

乙醇 40～60wt％，

正丙醇 60～40wt％，

分散剂 1～2wt％；

所述配料中还含有粘结剂和塑化剂，此粘结剂的质量百分含量为陶瓷粉料的8～15wt％，此塑化剂的质量百分含量为陶瓷粉料的3～12wt％；

所述陶瓷粉料与溶剂质量比为1∶0.2～0.7。

作为优选，所述陶瓷粉料粒度为0.1～1.0μm的陶瓷粉料。

作为优选，所述分散剂为蓖麻油或者聚丙烯酸铵。

作为优选，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或者甲基纤维素。

作为优选，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或者邻苯二甲酸二辛酯。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料，采用的特定配方为乙醇、正丙醇和分散剂，乙醇和正丙醇作为溶剂，可较好地溶解粉料和其它添加剂如分散剂等，且不与粉料发生化学反应，易于烧除，且安全卫生，对环境污染少；其次，该浆料溶剂的沸点(其中乙醇为78.4℃，正丙醇为97.4℃)高于传统浆料溶剂的沸点(其中乙醇为78.4℃，丁酮为79.6℃)，挥发性较低，因此在流延工艺过程中，浆料的粘度变化小，流延过程容易控制，流延膜坯材料容易混合均匀、厚度均匀且具有合适的塑性和韧性，满足了后续工序操作的需要，烧结后可获得电性能良好的坯体，同时工人操作环境也得到很大改善；再者，本发明采取特定配方和配比，有效控制了浆料整体挥发进程和粘度，从而有利于坯体质量稳定，分散剂在颗粒表面的吸附达到饱和，浆料中粉体分散均匀，浆料粘度适中易控，从而提高了坯体的质量及烧结特性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1-3：一种用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料，包括陶瓷粉料和溶剂，此陶瓷粉料配方由下列摩尔百分含量的组分组成：

ZrO₂ 92～97mol％，

Y₂O₃ 3～8mol％；

所述溶剂由下列质量百分含量的组分组成：

表1

	乙醇	正丙醇	分散剂
				实施例1	40wt％	58wt％	2wt％
实施例2	50wt％	48.5wt％	1.5wt％
				实施例3	60wt％	39wt％	1wt％

上述陶瓷粉料与溶剂质量比为1∶0.2～0.7。

上述陶瓷粉料粒度为0.1～1.0μm的陶瓷粉料。

上述分散剂为蓖麻油或者聚丙烯酸铵。

上述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或者甲基纤维素。

上述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或者邻苯二甲酸二辛酯。

以上内容具体解释如下：

采用0～60wt％乙醇+60～40wt％正丙醇作为溶剂，加入1～2wt％分散剂，此分散剂实施例1为蓖麻油、实施例2为蓖麻油、实施例3为聚丙烯酸铵，配成预混液A；将相当于陶瓷粉料8～15wt％的粘结剂，此粘结剂实施例1为聚乙烯醇缩丁醛、实施例2为甲基纤维素、实施例3为甲基纤维素，和3～12wt％的增塑剂，此增塑剂实施例1为邻苯二甲酸二丁酯、实施例2为邻苯二甲酸二丁酯、实施例3为邻苯二甲酸二辛酯，溶于上述溶剂中，配成预混液B；将粒度为0.1～1.0μm的陶瓷粉料与预混液A混合，搅拌12～48小时，加入预混液B和ZrO₂磨球，陶瓷粉料∶ZrO₂磨球∶醇系溶剂为1∶2∶0.2～0.7(质量比)，上球磨机混磨24～72小时，除气，即可获得流延性能良好的陶瓷浆料，适于流延80～500μm厚的陶瓷膜坯。

采用上述用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料时，采用的特定配方为乙醇、正丙醇和分散剂，乙醇和正丙醇作为溶剂，可较好地溶解粉料和其它添加剂如分散剂等，且不与粉料发生化学反应，易于烧除，且安全卫生，对环境污染少；其次，该浆料溶剂的沸点高于传统浆料溶剂的沸点，挥发性较低，因此在流延工艺过程中，浆料的粘度变化小，流延过程容易控制，流延膜坯材料混合均匀、厚度均匀且具有合适的塑性和韧性，满足了后续工序操作的需要，烧结后可获得电性能良好的坯体，同时工人操作环境也得到很大改善；再者，本发明采取特定配方和配比，有效控制了浆料整体挥发进程和粘度，从而有利于坯体质量稳定，分散剂在颗粒表面的吸附达到饱和，浆料中粉体分散均匀，浆料粘度低，从而提高了坯体的质量及烧结特性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于制备燃料电池中电解质层的流延浆料，包括陶瓷粉料和溶剂，此陶瓷粉料配方由下列摩尔百分含量的组分组成：

ZrO₂ 92～97mol％，

Y₂O₃ 3～8mol％；

其特征在于：所述溶剂由下列质量百分含量的组分组成：

乙醇 40～60wt％，

正丙醇 60～40wt％，

分散剂 1～2wt％；

所述陶瓷粉料中还含有粘结剂和塑化剂，此粘结剂的质量百分含量为陶瓷粉料的8～15wt％，此塑化剂的质量百分含量为陶瓷粉料的3～12wt％；

所述陶瓷粉料与溶剂质量比为1∶0.2～0.7。

2.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于：所述陶瓷粉料粒度为0.1～1.0μm的陶瓷粉料。

3.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于：所述分散剂为蓖麻油或者聚丙烯酸铵。

4.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于：所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛或者甲基纤维素。

5.根据权利要求1所述的流延浆料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或者邻苯二甲酸二辛酯。