CN103236548A - 一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，包括以下步骤：（1）陶瓷粉体预处理；（2）浆料配制；（3）热压铸成型；（4）埋烧脱蜡烧结；（5）阳极功能层制备。本发明可以实现形状复杂的多孔阳极支撑体的制备，而且不存在两种粉体的均匀混合浆料难以制备的问题，成型快，操作简便，生产成本低，劳动生产率较高，可以实现批量生产。

Description

一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池的制备方法，特别涉及一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)属于第三代燃料电池，是一种直接将燃料的化学能转化成电能的全固态的新型化学发电装置。在各类燃料电池中，SOFC具有独特的优点：①全固态结构，没有电解液的泄露问题，便于结构规模化设计和放大；②适宜热电联供，能量利用效率高达85%以上；③燃料气适用范围广；等等。因此，SOFC在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域有着广阔的应用前景。

在各种SOFC发电装置中，单体电池是最基本的原件，其结构和性能直接关系到发电系统的整体结构和性能。SOFC单体电池有三种基本结构：电解质自支撑型、阴极支撑型和阳极支撑型，其中阳极支撑型SOFC具有容易制备、电池性能高等优点而被普遍采用。阳极支撑型SOFC是由多孔阳极(燃料电极)支撑体、致密电解质膜和多孔阴极(氧化剂电极)组成的三明治结构，其中多孔阳极支撑体的制备是阳极支撑型SOFC制备的最关键技术之一。

在阳极支撑型SOFC中，阳极支撑体的主要作用和为发挥这些作用而对阳极支撑体的要求有以下几个方面：①支撑电解质膜的作用，为此需要阳极支撑体具有足够的机械强度，因此它必须具有一定的厚度；②搜集并传递阳极电荷的作用，为此需要阳极支撑体具有足够的电子导电率；③提供电池阳极反应区的作用，为此需要阳极支撑体具有足够的孔隙率和三相反应区(气相、离子导电相和电子导电相)。SOFC阳极材料一般采用金属镍(Ni)和钇稳定化氧化锆(YSZ)复合的金属陶瓷材料。其中金属镍起到电子导电的作用，而YSZ起到离子导电的作用。为便于气体扩散和增加三相反应区，阳极支撑体必须是多孔的。

对于阳极支撑型的SOFC来说，阳极支撑体的形状决定了SOFC电池单体(或单电池)的形状，具体可以是平板形、管形、锥管形或其他更复杂的形状。目前普遍采用的制备阳极支撑体的工艺有传统的流延法、挤出法、注浆成型法等。流延法和挤出法一般用于大批量制备平板形和直管形的阳极，不适合制备形状复杂的制品；注浆成型法虽然可以制备各种复杂形状，但用于制备SOFC阳极支撑体时，存在两种粉体的均匀混合浆料难以制备等问题。

为使SOFC发电系统的设计灵活，以适用于各种应用领域，特别是小型化应用，需要制备小而形状复杂的SOFC元件——多孔阳极支撑体。热压铸成型法是特种陶瓷生产应用较为广泛的一种成型工艺，其基本原理是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，待蜡浆冷却凝固后脱模，得到成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然后再烧结成最终制品。该工艺具有以下优点：①可成型形状复杂的陶瓷制品，尺寸精度高，几乎不需要后续加工；②成型时间短，生产效率高；③相比其它陶瓷成型工艺，生产成本低，对生产设备和操作环境要求不高；④对原料适用性强，如氧化物、非氧化物、复合原料及各种矿物原料均可适用。

但是传统的热压铸成型法一般用来制造致密的氧化铝电子陶瓷器件，采用该工艺制备多孔陶瓷，特别是用来制备多孔的SOFC阳极支撑体，还未见报道。采用热压铸成型法制备多孔的阳极支撑体会遇到以下问题：①如何对原始的阳极复合陶瓷粉料进行预处理使其分布均匀以适用于SOFC阳极支撑体的制备；②如何获得SOFC阳极支撑体所需要的多孔结构，包括孔隙率、孔径大小及其分布等；③采用何种吸附剂以适合Ni-基SOFC阳极的制备；④脱蜡烧结后的阳极支撑体由于石蜡的熔化、蒸发，表面变得不平整，如何处理使其表面变得更加均匀、平整以适合电解质膜的制备。

发明内容

为了克服现有的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，可以实现形状复杂的多孔阳极支撑体的制备，而且不存在两种粉体的均匀混合浆料难以制备的问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，包括以下步骤：

（1）陶瓷粉体预处理：将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体分别在900～1200°C下预烧2～4h；按1：1～1.5：1的质量比称取预烧后的氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体，并加入球形石墨作为造孔剂，球磨均匀后充分烘干，得到预处理后的陶瓷粉体；

（2）浆料配制：将处理后的陶瓷粉体、切片石蜡、硬脂酸在75～80°C下，在真空搅拌机中加热搅拌混合12～14h成均匀流动的浆料；所述切片石蜡的重量与氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量之比为83～85%：15～17%；所述硬脂酸的重量为切片石蜡重量的3～5%；

（3）热压铸成型：将步骤（2）得到的浆料转移至热压铸机浆料桶中，并使浆料温度保持在70～75°C，空气压力为0.6～0.8MPa，通过热压铸机将浆料注入冷的金属模具中，保压8～10s，脱模以后得到阳极生坯；

（4）埋烧脱蜡烧结：将步骤（3）得到的阳极生坯埋在吸附剂中，按照以下升温程序进行脱蜡并烧结：室温～100°C，升温速度为6～9°C/h；100～300°C，升温速度为12～15°C/h；300～600°C，升温速度为15～18°C/h；600～900°C，升温速度为60～120°C/h；900～1200°C，升温速度为120～180°C/h；最后在1000～1200°C烧结2～4h，并自然冷却至室温，得到阳极支撑体；所述吸附剂为经过1400～1500°C烧结4～5h的8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体；

（5）阳极功能层制备：

（5-1）将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆与有机添加剂球磨混合形成浆料悬浮液；所述有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇；所述氧化镍、8mol%氧化钇稳定的氧化锆、聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇的重量百分比为10～12%：10～12%：1～1.5%：0.7～0.8%：0.9～1%：1～1.2%：72～74%；

（5-2）将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍后吹干，在1000～1200°C下烧结2～4h，得到固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体。

步骤（1）所述球磨均匀后充分烘干，具体为：

先进行湿法球磨：以无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨3～4h，然后置于80～90°C恒温烘箱内充分干燥；接着继续进行干法球磨：放入球磨罐中干磨20～30min，干磨后置于烘箱内烘干。

步骤（1）所述球形石墨的重量为氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量的0%～20%。

将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍后吹干，具体为：

将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次。

本发明通过对陶瓷粉料进行预处理，使原料粉的颗粒适当长大，其作用主要体现在两个方面：①减小成型产品烧结后的收缩和变形。原料颗粒过小时所需成型剂(石蜡)的量很大，从而导致脱蜡烧结后体积收缩过大、容易变形；②在尽量少地使用成型剂和造孔剂的情况下，保证足够的孔隙率。过小的原料粉颗粒容易在烧结过程中聚集使烧结体致密。

本发明采用调整成型剂含量或添加造孔剂的方式得到适合的孔隙率。在传统的制备致密陶瓷器件的工艺中，在保持浆料具有良好流动性的前提下，石蜡的添加量需要尽量的小，一般为12.5%～13.5%。而为了达到制造多孔陶瓷的目的，本发明增加了石蜡的添入量。过量的石蜡在烧结过程中挥发本身会留下孔洞，然而，若石蜡加入量太多，会使孔隙率过大，影响成品的机械性能，甚至造成结构塌陷。在本发明中确定的石蜡的添加量的范围为15%～17%。或者，在石蜡添加量尽可能少(15%)的情况下，可以通过加入造孔剂的手段来实现制造多孔陶瓷的目的。

本发明采用YSZ吸附剂代替传统的氧化铝吸附剂。传统的热压铸成型采用粗颗粒氧化铝(例如：金刚沙)作为埋烧脱蜡过程的吸附剂，但氧化铝和SOFC阳极中的镍在高温下会发生化学反应生成不导电的镍铝尖晶石，从而严重地影响SOFC阳极的性能，因此制备SOFC的Ni-YSZ阳极，不能采用氧化铝吸附剂。YSZ作为SOFC阳极(Ni-YSZ)的有效成分，不会对SOFC阳极造成污染，经适当处理得到粗颗粒的YSZ特别适合用作SOFC阳极制备的吸附剂。

本发明采用在热压铸成型法制备的SOFC多孔阳极支撑体表面制备一层阳极功能层的方法，使其能够用于制备致密的SOFC薄膜电解质层。SOFC阳极支撑体最重要的作用之一是支撑电解质薄膜层。SOFC的电解质薄膜层的厚度一般为10微米级，由于热压铸成型的脱蜡过程需要采用粗颗粒的吸附剂，使得成品的表面粗糙，其粗糙度往往等于或大于10微米量级，因此在这样的表面制备10微米级的薄膜层很困难，容易产生缺陷。本发明采用浸渍法在粗糙的表面制备一层功能层，一方面使表面变得平整，便于制备致密电解质薄层，另一方面此功能层相对致密，能够提供更多电解质-阳极界面反应区，有利于提高SOFC的性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明采用热压铸成型法制备多孔阳极支撑体，制备出的多孔阳极支撑体生坯强度较高，可后续加工得到特殊的形状或尺寸；烧结后形状大小一致，不易发生形变，收缩率低，制备各种形状尺寸的多孔陶瓷体，尺寸精度高；成品率在90%以上；与现有的多孔阳极支撑体的制备方法相比，可以实现形状复杂的多孔阳极支撑体的制备，而且不存在两种粉体的均匀混合浆料难以制备的问题，成型快，操作简便，生产成本低，劳动生产率较高，可以实现批量生产。

（2）本发明的方法除了可制备含镍Ni的陶瓷器件外，还适合制备含铁Fe、钴Co等过渡金属元素的陶瓷器件。

附图说明

图1为实施例1制备的SOFC单电池采用加湿氢气作为燃料在不同温度下的输出性能。

图2为实施例1制备的SOFC两节串联电池组采用加湿氢气作为燃料在不同温度下的输出性能。

图3为实施例2制备的SOFC单电池采用加湿氢气作为燃料在不同温度下的输出性能。

图4为实施例4制备的造孔剂含量为0%的多孔阳极支撑体在氢气还原后的截面扫描电镜图。

图5为实施例4制备的造孔剂含量为5%的多孔阳极支撑体在氢气还原后的截面扫描电镜图。

图6为实施例4制备的造孔剂含量为10%的多孔阳极支撑体在氢气还原后的截面扫描电镜图。

图7为实施例4制备的造孔剂含量为15%的多孔阳极支撑体在氢气还原后的截面扫描电镜图。

图8为实施例4制备的造孔剂含量为20%的多孔阳极支撑体在氢气还原后的截面扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，包括以下步骤：

（1）陶瓷粉体预处理：将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体分别在1200°C下预烧2h；按1.5：1的质量比称取预烧后的氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体，不加入造孔剂，先进行湿法球磨：以无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨3h，然后置于80°C恒温烘箱内充分干燥；接着继续进行干法球磨：放入球磨罐中干磨20min，干磨后置于烘箱内烘干，得到预处理后的陶瓷粉体；

（2）浆料配制：将处理后的陶瓷粉体、切片石蜡、硬脂酸在75°C下，在真空搅拌机中加热搅拌混合12h成均匀流动的浆料；所述切片石蜡的重量与氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量之比为85%：15%；所述硬脂酸的重量为切片石蜡重量的5%；

（3）热压铸成型：将步骤（2）得到的浆料转移至热压铸机浆料桶中，并使浆料温度保持在70°C，空气压力为0.6MPa，通过热压铸机将浆料注入冷的金属模具中，保压8s，脱模以后即可得到上直径1.9cm，下直径2.4cm，厚度1mm的一端开口小，一端开口大的锥管状阳极支撑体生坯；

（4）埋烧脱蜡烧结：将步骤（3）得到的阳极生坯埋在吸附剂中，按照以下升温程序进行脱蜡并烧结：室温～100°C，升温速度为9°C/h；100～300°C，升温速度为15°C/h；300～600°C，升温速度为18°C/h；600～900°C，升温速度为120°C/h；900～1200°C，升温速度为180°C/h；最后在1200°C烧结2h，并自然冷却至室温，得到阳极支撑体；所述吸附剂为经过1400°C烧结4h的8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体；

（5）阳极功能层制备：

（5-1）将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆与有机添加剂球磨混合形成浆料悬浮液；所述有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇；所述氧化镍、8mol%氧化钇稳定的氧化锆、聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇的重量百分比为12%：10%：1.5%：0.8%：1%：1.2%：74%；

（5-2）将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次，在1200°C下烧结2h，得到固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体。

采用本实施例制备的多孔阳极支撑体制备SOFC单电池：称取0.82g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和10g无水乙醇放入烧杯中在60°C下溶解。称取10g氧化镍(NiO)、10g8%氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、0.57g三乙醇胺(TEA)、0.75g聚乙二醇(PEG)、0.76g邻苯二甲酸二辛酯(DOP)以及47g无水乙醇放入球磨罐中球磨1h，然后将无水乙醇溶解好的PVB一齐加入到球磨罐中再球磨1h，可得到电解质浆料。将上述烧结后的阳极功能层的外侧放入电解质浆料中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次，随后将NiO-YSZ阳极支撑体/NiO-YSZ阳极过渡功能层/YSZ电解质膜放入高温马弗炉中在1400°C下烧结4h。最后，在烧结过的YSZ电解质膜表面以涂刷的方式涂一层La_0.8Sr_0.2MnO₃(LSM)/LSM-YSZ复合阴极，经过1200°C烧结2h后就可以得到锥管状NiO-YSZ阳极支撑的SOFC单电池。

采用四电极法对本实施例制备的单电池的输出性能进行测量，测试中银线作为导线，银浆作为连接材料，以室温下饱和了水蒸汽的氢气为燃料，自由流动的空气为氧化剂，不同温度下的输出性能如图1所示，测试表明，800°C时单电池的开路电压为1.03v，最大输出功率密度为491mW/cm²，其中阴极有效面积为1.2cm²，显示出优异的性能。

按照上述步骤制备两个单电池，将第一个单电池的内部阳极套在第二个单电池的外部阴极上，并以银浆作为连接和密封材料，这样就组装成了两节串联电池组，阴极有效面积为12.93cm²。采用四电极法对它的输出性能进行测量，测试中银线作为导线，银浆作为连接材料，以室温下饱和了水蒸汽的氢气为燃料，自由流动的空气为氧化剂，不同温度下的输出性能如图2所示，测试表明，800°C时电池组的开路电压为1.75V左右，最大输出功率为5.3W左右，功率密度为410mW/cm²。

实施例2

本实施例的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，包括以下步骤：

（1）陶瓷粉体预处理：陶瓷粉体预处理：将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体分别在900°C下预烧4h；1：1的质量比称取预烧后的氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体，并加入球形石墨作为造孔剂，所述球形石墨的重量为氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量的5%；先进行湿法球磨：以无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨4h，然后置于90°C恒温烘箱内充分干燥；接着继续进行干法球磨：放入球磨罐中干磨30min，干磨后置于烘箱内烘干，得到预处理后的陶瓷粉体；

（2）浆料配制：将处理后的陶瓷粉体、切片石蜡、硬脂酸在80°C下，在真空搅拌机中加热搅拌混合14h成均匀流动的浆料；所述切片石蜡的重量与氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量之比为83%：17%；所述硬脂酸的重量为切片石蜡重量的3%；

（3）热压铸成型：将步骤（2）得到的浆料转移至热压铸机浆料桶中，并使浆料温度保持在75°C，空气压力为0.8MPa，通过热压铸机将浆料注入冷的金属模具中，保压10s，脱模以后即可得到上直径1.9cm，下直径2.4cm，厚度1mm的一端开口小，一端开口大的锥管状阳极支撑体生坯；

（4）埋烧脱蜡烧结：将步骤（3）得到的阳极生坯埋在吸附剂中，按照以下升温程序进行脱蜡并烧结：室温～100°C，升温速度为6°C/h；100～300°C，升温速度为12°C/h；300～600°C，升温速度为15°C/h；600～900°C，升温速度为60°C/h；900～1200°C，升温速度为120°C/h；最后在1000°C烧结4h，并自然冷却至室温，得到阳极支撑体；所述吸附剂为经过1500°C烧结5h的8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体；

（5）阳极功能层制备：

（5-1）将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆与有机添加剂球磨混合形成浆料悬浮液；所述有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇；所述氧化镍、8mol%氧化钇稳定的氧化锆、聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇的重量百分比为10%：12%：1%：0.7%：0.9%：1%：72%；

（5-2）将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次，在1000°C下烧结4h，得到固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体。

采用本实施例制备的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体制备SOFC单电池：称取0.82g聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和10g无水乙醇放入烧杯中在60°C下溶解。称取10g氧化镍(NiO)、10g8%氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、0.57g三乙醇胺(TEA)、0.75g聚乙二醇(PEG)、0.76g邻苯二甲酸二辛酯(DOP)以及47g无水乙醇放入球磨罐中球磨1h，然后将无水乙醇溶解好的PVB一齐加入到球磨罐中再球磨1h，可得到电解质浆料。将上述烧结后的阳极功能层的外侧放入电解质浆料中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次，随后将NiO-YSZ阳极支撑体/NiO-YSZ阳极过渡功能层/YSZ电解质膜放入高温马弗炉中在1400°C下烧结4h。最后，在烧结过的YSZ电解质膜表面以涂刷的方式涂一层La_0.8Sr_0.2MnO₃(LSM)/LSM-YSZ复合阴极，经过1200°C烧结2h后就可以得到锥管状NiO-YSZ阳极支撑的SOFC单电池。

采用四电极法对本实施例制备的单电池的输出性能进行测量，测试中银线作为导线，银浆作为连接材料，以室温下饱和了水蒸汽的氢气为燃料，自由流动的空气为氧化剂。不同温度下的输出性能如图3所示，测试表明，800°C时单电池的开路电压为1.03v，最大输出功率密度为531mW/cm²，其中阴极有效面积为1.21cm²，显示出优异的性能。

实施例3

本实施例对成型剂对浆料的流动性的影响进行测试：

将氧化镍(NiO)和8mol%氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)生粉分别在1200°C下预烧2h，并按3：2的质量比称取加入球磨罐中，并加入适量无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨4h，然后置于80°C恒温烘箱内充分干燥，接着继续放入球磨罐中干磨，干磨后仍需置于烘箱内烘干以备用。按照表面活性剂的含量为成型剂重量的5%，称取预处理好的陶瓷粉体964.68g(NiO578.34g，YSZ386.34g)，分别称取不同含量的成型剂石蜡：15%(170.24g)、17%(197.59g)、20%(241.17g)，表面活性剂硬脂酸：8.51g、9.88g、12.06g放入真空搅拌机中在75°C下低速搅拌12h。将浆料转移至热压铸机的浆料桶中，在75°C和0.8Mpa下热压铸成型，即可得到上直径2.4cm，下直径3.2cm，厚度3mm的一端开口小，一端开口大的套管式阳极支撑体生坯。

成型情况测试结果如下：当加入15%、17%或者20%的石蜡时，浆料粘度小，流动性较好，成型较好。但在保持浆料具有良好流动性，可以良好成型的前提下，石蜡的添加量需要尽量的小，如果过多的话会影响阳极生坯的烧结成型。所以，石蜡的最佳含量为15%。

实施例4

本实施例对造孔剂对多孔阳极支撑体空隙率的影响进行测试：

将氧化镍(NiO)和8mol%氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)生粉分别在1200°C下预烧2h，按照3：2的质量比称取352gNiO和236gYSZ陶瓷粉体，按照造孔剂的含量为陶瓷粉体重量的0%～20%，分别称取不同含量的造孔剂石墨：0%(0g)、5%(29.4g)、10%(58.8g)、15%(88.2g)、20%(117.6g)加入球磨罐中，并加入适量无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨4h，然后置于80°C恒温烘箱内充分干燥，接着继续放入球磨罐中干磨，干磨后仍需置于烘箱内烘干以备用(5份预处理好的陶瓷粉体)。按照预处理好的陶瓷粉体(不包含造孔剂石墨的重量)和成型剂的重量百分比为85%：15%及表面活性剂的含量为成型剂重量的5%，称取石蜡103.76g，硬脂酸5.19g与以上5份已处理好的NiO-YSZ混合陶瓷粉末分别放入真空搅拌机中在75°C下低速搅拌12h。将均匀的浆料转移至热压铸机的浆料桶中，在75°C和0.8Mpa下热压铸成型，即可得到上直径1.9cm，下直径2.4cm，厚度1mm的一端开口小，一端开口大的锥管状阳极支撑体生坯。将得到的5种不同造孔剂含量的阳极生坯放在高温炉中1400°C烧结4h可以得到不同孔隙率的NiO-YSZ锥管状阳极支撑体。

5种不同造孔剂含量：0%、5%、10%、15%、20%下多孔阳极支撑体在1400°C下烧结4小时的孔隙率分别为21.5%、28.4%、34.7%、42.9%、44.9%，氢气还原后多孔阳极支撑体截面的扫描电镜图分别如图4～图8。可以看出：在保持成型剂石蜡含量不变的前提下，随着造孔剂含量的增加，阳极的孔隙率呈一定的线性增加。其中当添加造孔剂含量为0%和5%时，阳极的孔隙率已经可以满足作为固体氧化物燃料电池阳极支撑体的要求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）陶瓷粉体预处理：将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体分别在900～1200°C下预烧2～4h；按1：1～1.5：1的质量比称取预烧后的氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体，并加入球形石墨作为造孔剂，球磨均匀后充分烘干，得到预处理后的陶瓷粉体；

（2）浆料配制：将处理后的陶瓷粉体、切片石蜡、硬脂酸在75～80°C下，在真空搅拌机中加热搅拌混合12～14h成均匀流动的浆料；所述切片石蜡的重量与氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量之比为83～85%：15～17%；所述硬脂酸的重量为切片石蜡重量的3～5%；

（3）热压铸成型：将步骤（2）得到的浆料转移至热压铸机浆料桶中，并使浆料温度保持在70～75°C，空气压力为0.6～0.8MPa，通过热压铸机将浆料注入冷的金属模具中，保压8～10s，脱模以后得到阳极生坯；

（4）埋烧脱蜡烧结：将步骤（3）得到的阳极生坯埋在吸附剂中，按照以下升温程序进行脱蜡并烧结：室温～100°C，升温速度为6～9°C/h；100～300°C，升温速度为12～15°C/h；300～600°C，升温速度为15～18°C/h；600～900°C，升温速度为60～120°C/h；900～1200°C，升温速度为120～180°C/h；最后在1000～1200°C烧结2～4h，并自然冷却至室温，得到阳极支撑体；所述吸附剂为经过1400～1500°C烧结4～5h的8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体；

（5）阳极功能层制备：

（5-1）将氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆与有机添加剂球磨混合形成浆料悬浮液；所述有机添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇；所述氧化镍、8mol%氧化钇稳定的氧化锆、聚乙烯醇缩丁醛、三乙醇胺、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯和无水乙醇的重量百分比为10～12%：10～12%：1～1.5%：0.7～0.8%：0.9～1%：1～1.2%：72～74%；

（5-2）将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍后吹干，在1000～1200°C下烧结2～4h，得到固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述球磨均匀后充分烘干，具体为：

先进行湿法球磨：以无水乙醇作为溶剂，放在行星式球磨机上球磨3～4h，然后置于80～90°C恒温烘箱内充分干燥；接着继续进行干法球磨：放入球磨罐中干磨20～30min，干磨后置于烘箱内烘干。

3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述球形石墨的重量为氧化镍和8mol%氧化钇稳定的氧化锆陶瓷粉体总重量的0%～20%。

4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍后吹干，具体为：

将步骤（4）得到的阳极支撑体的外表面在浆料悬浮液中浸渍10s，并用电吹风吹干，浸渍和吹干的过程再重复1次。

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