CN103074565A - 一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法 - Google Patents

一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法 Download PDF

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于月光
任先京
章德铭
沈婕
张鑫
冀晓鹃
张春鸣
彭浩然
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Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
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Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
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Abstract

本发明属于固体氧化物电解池和固体氧化物燃料电池领域，特别是涉及一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法。本发明以细粒径的功能粉末作团聚粉末的初次粉体，通过与去离子水、粘结剂、分散剂按照一定比例混合配制浆料，然后采用喷雾干燥造粒工艺将配置的浆料制成LSM团聚粉末材料。本发明所制备的团聚粉体具有颗粒均匀可控、流动性好、喷涂适应性好等优点，满足连接体涂层高效喷涂制备的需求。

Description

一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法
技术领域
本发明属于固体氧化物电解池和固体氧化物燃料电池领域，特别是涉及一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cells, SOFC）是一种将燃料的化学能直接转化成电能的全固态能量转换装置，由于具备高效、环保和燃料适用范围广、模块化程度高等优点，在固定电站、移动电源、交通运输及军事等领域有着广泛的应用前景。将SOFC逆向运行制备的固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolytic Cells,SOEC），在高温下电解水蒸气的制氢的效率可以高达45～59％（制氢效率定义为制得的氢所含能量与制氢所消耗的能量之比），被认为是未来氢能经济时代大规模制氢方法之一，近年来受到国际上的高度关注。
单体SOFC和SOEC功率较小，不能满足实际应用的需要。为获取足够的功率输出，必需使用连接体部件将若干单电池连接组装成SOFC和SOEC电堆。连接体在电堆中连接相邻单电池的阴极和阳极，同时还起着导气和导电的作用，是电堆的核心部件之一。目前使用的连接体材料主要有钙钛矿高温导电陶瓷材料和高温合金材料两类。钙钛矿陶瓷材料虽然在高温时具有良好的电导率和稳定性，但是其烧结性较差且制作成本较高，不利于SOFC和SOEC的大规模商业化运用。相比较而言，合金材料具有更高的导电和导热能力，且具有结构致密、价格便宜、易于加工、机械性能优异等优点，已经成为SOFC和SOEC连接体发展的主流方向。然而，在800 ℃左右的高温工作条件下，金属连接材料不可避免地会发生高温氧化、腐蚀以及合金中Cr元素挥发毒化电极等问题，导致电池堆性能严重衰减。
目前，解决这一问题的主要方法是在金属连接体表面直接喷涂高温导电陶瓷涂层，来抑制金属连接体的氧化，降低连接体与电极之间的界面电阻，并阻隔金属连接体中的Cr向电极表面的挥发、沉积与毒化，保持电堆长期运行稳定性。热喷涂方法是制备金属连接体表面涂层最有效的技术之一，采用该方法可制得结构可控、附着良好的薄膜。而热喷涂所用的粉末除了需要满足涂层功能要求之外，还必须能够在喷枪内均匀、流畅、稳定地输送，在颗粒的形状、粒度、松装密度、流动性等性能与常规的粉末有着基本的区别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法。
一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其具体步骤如下：
（1）将粘结剂、分散剂加入到去离子水中，混合均匀后加入LSM初次粉末，然后将混合物通过球磨、超声波振动分散1 h~30 h，配制成以LSM初次粉体为分散相的浆料；
（2）将所制浆料通过喷雾干燥造粒工艺制成LSM团聚粉末材料；
（3）将喷雾干燥造粒后的LSM团聚粉末材料焙烧处理即得到固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末。
所述LSM为La1-xSrxMnO3-σ、La1-xSrxCoO3-σ、La1-xSrxFeO3-σ、La1-xSrxCoFeO3-σ、La1-xSrxCrO3-σ、(Mn,Co)3O4或(Mn,Cr)3O4，其中0.1≤x≤0.6。
所述步骤（1）中粘结剂为PVA、PVP或CMC；所述分散剂为聚乙二醇、聚丙烯酸或聚丙烯酰胺；分散剂在浆料中的质量百分含量为0%~15%，粘结剂在浆料中的质量百分含量为0%~15%。
所述步骤（1）中LSM初次粉末的颗粒粒径为0.1 μm~3.0 μm。
所述步骤（2）中喷雾干燥造粒工艺为离心喷雾干燥、压力喷雾干燥或二流式喷雾干燥造粒工艺，喷雾干燥的进口温度为250 ℃~400 ℃，出口温度为120 ℃~250 ℃。
所述步骤（3）中LSM团聚粉体的粒径为10 μm~80 μm。
所述步骤（3）中LSM团聚粉体的焙烧温度为600 ℃~1100 ℃。
本发明的有益效果为：
本发明所制备的团聚粉体具有颗粒均匀可控、流动性好、喷涂适应性好等优点，满足连接体涂层高效喷涂制备的需求。
附图说明
图1为粒度为实施例1的LSM团聚粉体的扫描电镜照片；
图2为粒度为实施例2的LSM团聚粉体的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
将PVA、聚乙二醇加入到去离子水中，混合均匀后加入La1-xSrxMnO3-σ（0.1≤x≤0.6）初次粉末，然后将混合物球磨12 h，制成以LSM初次粉体为分散相的浆料。PVA在浆料中的质量百分含量为8%，聚乙二醇在浆料中的质量百分含量为3%，LSM在浆料中的质量百分含量为50%。然后采用离心式喷雾干燥将均匀稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，干燥塔的进口温度为350 ℃，出口温度为150 ℃，离心雾化盘的转速为3000 r/min，旋风分离器用于收集制粒后的粉末材料。将收集后的粉末在马弗炉中，在1000 ℃温度下热处理2 h得到LSM团聚粉末材料。
将经焙烧处理的LSM团聚粉末过筛（500目），即得到LSM团聚粉末产品，该粉末的平均粒径为20 μm，产品松装密度为2.24 g/cm3，流动性为55 s/50g。
图1为上述条件下制备的LSM团聚粉体的扫描电镜照片。
实施例2
将PVP、聚丙烯酰胺加入到去离子水中，混合均匀后加入La1-xSrxMnO3-σ（0.1≤x≤0.6）初次粉末，然后将混合物球磨12 h，制成以LSM初次粉体为分散相的浆料。PVP在浆料中的质量百分含量为10%，聚丙烯酰胺在浆料中的质量百分含量为5%，LSM在浆料中的质量百分含量为50%。然后采用离心式喷雾干燥将均匀稳定的浆料进行喷雾干燥制粒，干燥塔的进口温度为390 ℃，出口温度为170 ℃，离心雾化盘的转速为1800 r/min，旋风分离器用于收集制粒后的粉末材料。将收集后的粉末在马弗炉中，在1000 ℃温度下热处理2 h得到LSM团聚粉末材料。
将经焙烧处理的LSM团聚粉末过筛（325目）即得到LSM团聚粉末产品，该粉末的平均粒径为40 μm，产品松装密度为2.11 g/cm3，流动性为43 s/50g。
图2为上述条件下制备的LSM团聚粉体的扫描电镜照片。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
（1）将粘结剂、分散剂加入到去离子水中，混合均匀后加入LSM初次粉末，然后将混合物通过球磨、超声波振动分散1 h~30 h，配制成以LSM初次粉体为分散相的浆料；
（2）将所制浆料通过喷雾干燥造粒工艺制成LSM团聚粉末材料；
（3）将喷雾干燥造粒后的LSM团聚粉末材料焙烧处理即得到固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末。
2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于：所述LSM为La1-xSrxMnO3-σ、La1-xSrxCoO3-σ、La1-xSrxFeO 3-σ、La1-xSrxCoFeO3-σ、La1-xSrxCrO3-σ、(Mn,Co)3O4或(Mn,Cr)3O4，其中0.1≤x≤0.6。
3.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中粘结剂为PVA、PVP或CMC；所述分散剂为聚乙二醇、聚丙烯酸或聚丙烯酰胺；分散剂在浆料中的质量百分含量为0%~15%，粘结剂在浆料中的质量百分含量为0%~15%。
4.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中LSM初次粉末的颗粒粒径为0.1 μm~3.0 μm。
5.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中喷雾干燥造粒工艺为离心喷雾干燥、压力喷雾干燥或二流式喷雾干燥造粒工艺，喷雾干燥的进口温度为250 ℃~400 ℃，出口温度为120 ℃~250 ℃。
6.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备 方法，其特征在于：所述步骤（3）中LSM团聚粉体的粒径为10 μm~80 μm。
7.根据权利要求1所述的一种固体氧化物电解池连接体涂层喷涂粉末制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中LSM团聚粉体的焙烧温度为600 ℃~1100 ℃。 
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