CN103326035B - 一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统 - Google Patents

一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于实验设备领域，公开了一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，实现钮扣式固体氧化物燃料电池电极的自动浸渍，所述装置由五部分组成：步进环，包括步进环体，步进电机，样品盘；浸渍装置，包括浸渍液储存室，浸渍注射器；高温设备，包括焙烧炉，熔蜡室，封蜡环，热屏蔽层；真空装置，包括真空抽气管，冷却过滤室，真空泵；半导体制冷装置，包括半导体制冷片，制冷铝板。本系统实现固体氧化物燃料电池电极浸渍工艺自动化，避免了实验人为误差因素，提高了工作效率。

Description

一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统
技术领域
本发明属于实验设备领域，涉及一种固体氧化物燃料电池制备装置，提供了一种钮扣式固体氧化物燃料电池电极的自动浸渍系统，可以将有多孔电极基体的固体氧化物燃料电池经浸渍焙烧制成可直接使用的电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池由电解质与阳极，阴极组成。电解质为致密的氧化物陶瓷，阳极与阳极均采用多孔电极。现有技术条件下，阳极常采用金属陶瓷阳极，阴极常采用两相复合陶瓷阴极。固体氧化物燃料电池电极制备工艺通常有手工涂覆，丝网印刷，及浸渍等技术手段。其中丝网印刷为工业化，半工业化生产中使用技术。实验室用固体氧化物燃料电池常用手工涂覆电极。但这一工艺技术受人为干扰很大，实验数据重复性极为不好。
浸渍技术是固体氧化物燃料电池应用纳米技术提高电池性能的一项重要实现手段。在浸渍前，需要制备多孔电极基体。浸渍时，将配制溶液滴加或浸入多孔电极基体内，溶液蒸发后，盐粒在多孔电极基体内部析出。经过一定温度焙烧后，盐分解生成附着在多孔电极基体表面的氧化物。浸渍过程需要经过多次反复的浸渍溶液和焙烧阶段，以保证多孔电极基体内的电极附载量达到所需要求。本发明为滴加浸渍液这一技术手段的自动过程实现方案。
在人工浸渍过程中，采用注射器注射浸渍液，每次溶液滴加量，电极表面滴加位置，滴加间隔时间，浸渍温度都会受到人为干扰。因此造成电极性能波动，不利于测试实验进行。同时，由于同一过程需要人工反复进行多次，因此会造成人工浪费，并不利于浸渍工艺向产业化发展。
采用自动浸渍技术，避免人为因素对电极制备过程的干扰，并可以提高工作效率。因此，开展相关的实验中，装备一套固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统是必要的。
发明内容
本发明的目的在于发明一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，实现钮扣式固体氧化物燃料电池电极的自动浸渍，此系统实现固体氧化物燃料电池电极浸渍工艺自动化，避免了实验人为误差因素，提高了工作效率。通过本发明采用的自动化系统，避免了现有人工浸渍技术的缺点。
本发明的目的是通过如下手段实现的：
本发明提供一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，实现钮扣式固体氧化物燃料电池电极的自动浸渍，所述系统由步进环、浸渍装置、高温设备、真空装置、半导体制冷装置五部分组成：
其中步进环，包括步进环体，步进电机，样品盘；其中步进电机固定于机盒内，用于带动步进环体在水平面内转动；步进环体内侧有齿轮与步进电机齿轮啮合；步进环体上水平固定有四至八个样品盘；样品盘用于盛装钮扣固体氧化物电池片；
浸渍装置，包括浸渍液储存室，浸渍注射器；浸渍液储存室固定于机盒内一侧，与步进环体相邻；浸渍注射器与浸渍液储存室为活动连接，可以在水平方向上微调注射器位置；浸渍注射器注射口注射时应位于样品盘上方；浸渍液储存室上开有浸渍液注入口；
高温设备，包括焙烧炉，熔蜡室，封蜡环，热屏蔽层；步进环体穿过焙烧炉炉膛；熔蜡室与焙烧炉相连；封蜡环与熔蜡室之间以外有保温层的不锈钢管连接，封蜡环注射封蜡的头部位于样品盘上方；热屏蔽层固定于熔蜡室外；
真空装置，包括真空抽气管，冷却过滤室，真空泵；真空抽气管抽气口悬挂于步进环体上方，位于正对焙烧炉炉膛出口处，真空抽气管穿过机盒，与机盒（部的冷却过滤室以管道相连；冷却过滤室与真空泵相连；
半导体制冷装置，包括半导体制冷片，制冷铝板；半导体制冷片冷端与制冷铝板相连；制冷铝板位于步进环体对应放样室处的正下方；
其中，除冷却过滤室与真空泵位于机盒外，真空抽气管穿过机盒，放样室位于机盒正前上方开口处外，所述部件均位于机盒内部。
进一步地，系统由机盒密封，放样室采用硅胶条密封，以保证系统工作时的真空度。
进一步地，步进环体上水平固定有四至八个样品盘，步进环体与样品盘均为陶瓷材质，样品盘底部有规则排布的圆孔。
进一步地，浸渍液储存室由内置小型步进电极控制注射浸液时间间隔与浸液量。
进一步地，浸渍装置可设计为两套，此时同时注入两种不同浸渍液在电池表面。一套浸渍装置的浸渍注射器可以采用多头设计，以同时浸渍多个电池片。
进一步的，焙烧炉温度在1300摄氏度及以下，外壳为水冷壁，焙烧炉进样与出样品也均为水冷炉头设计。熔蜡室与焙烧炉为一体化设计，熔蜡室温度由焙烧炉散发热量提供。封蜡环与熔蜡室之间以外有保温层的不锈钢管连接，用于蜡封燃料电池片外缘，以确定浸渍电极面积。封蜡注射量由另一微型步进电机控制。当系统停止工作后，微型步进电机会逆向运行将封蜡环内残存石蜡吸入熔蜡室。热屏蔽层作为第二道隔屏障防止热量散发影响系统其它工作部件。
进一步的，真空抽气管用于保证系统内部真空度，加强浸渍效果，并用于抽去焙烧过程中挥发的石蜡蒸汽。冷却过滤室用于冷却石蜡蒸汽，并防止烟尘进入真空泵中。
进一步的，半导体制冷装置采用水冷，制冷端连接制冷铝板，铝板用于冷却焙烧过后的电池片。
本发明具有以下主要特点：
1.本系统将浸渍与焙烧全过程自动化，采用步进环设计，可实现同一电池片多次浸渍，并实现一次浸渍多片电池片；确保浸渍-焙烧工艺参数稳定，电池性能可靠。
2.通过封蜡环封蜡，可以确定浸渍面积。改变封蜡环形状大小，可以改变浸渍大小面积。通过微调封蜡环与浸渍注射器位置，可以实现改变浸渍电极位置。当采用双浸渍装置，系统可以实现同时制备参比电极与工作电极，或者制备包覆相电极颗粒。
3.本系统采用良好的热管理设计，采用有效的热屏蔽层设计，封蜡室采用焙烧炉余热保温，使得系统节能环保。
4.本系统可以实现真空条件下的浸渍，可以保证多孔电极内部能完全接触到浸渍液。
5.本系统精确控制浸渍流程时间，实现浸渍量，焙烧程序与浸渍次数的精确控制。
附图说明
图1为本发明装置的装配示意图。
半导体制冷片（1），步进电机（2），制冷铝板（3），机盒（4），封蜡环（5），浸渍液储存室（6），浸渍液注入口（7），浸渍注射器（8），样品盘（9），步进环体（10），热屏蔽层（11），石蜡装入口（12），熔蜡室（13），焙烧炉（14），真空泵（15），冷却过滤室（16），真空抽气管（17），放样室（18）。
具体实施方式：
下面结合图1对本发明作进一步的详细描述。
实施例：
将固体氧化物燃料电池基体依次放入样品盘中，基体为两侧为多孔SDC，中间为致密SDC电解质层。加入La0.60Sr0.40Co(NO3)x混合溶液注入浸渍液储存室中。开启固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，调节步进环步进速率，浸渍注射速率，将焙烧炉内温度调节为700°C。固体氧化物燃料电池基体首先进入封蜡环工位，封蜡环下压将固体氧化物燃料电池基体边缘蜡封。之后基体进入浸渍注射器工位，浸渍注射器滴加La0.60Sr0.40Co(NO3)x混合溶液在电池上侧电极（阴极）上，停留待自然干燥后进入焙烧炉，缓慢由步进环带入炉中，焙烧2小时后由步进环缓慢带入炉外。经冷却后再次进入封蜡环工位，经过10次浸渍-烧结循环后系统自动停止。取出固体氧化物燃料电池片，电池阴极制好。

Claims (8)

1.一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于所述系统由步进环、浸渍装置、高温设备、真空装置、半导体制冷装置五部分组成：
其中步进环，包括步进环体(10)，步进电机(2)，样品盘(9)；其中步进电机(2)固定于机盒(4)内，用于带动步进环体(10)在水平面内转动；步进环体(10)内侧有齿轮与步进电机(2)齿轮啮合；步进环体(10)上水平固定有四至八个样品盘(9)；样品盘(9)用于盛装钮扣固体氧化物电池片；
浸渍装置，包括浸渍液储存室(6)，浸渍注射器(8)；浸渍液储存室(6)固定于机盒(4)内一侧，与步进环体(10)相邻；浸渍注射器(8)与浸渍液储存室(6)为活动连接，可以在水平方向上微调注射器位置；浸渍注射器(8)注射口注射时应位于一样品盘(9)上方；浸渍液储存室(6)上开有浸渍液注入口(7)；
高温设备，包括焙烧炉(14)，熔蜡室(13)，封蜡环(5)，热屏蔽层(11)；步进环体(10)穿过焙烧炉(14)炉膛；熔蜡室(13)与焙烧炉(14)相连；封蜡环(5)与熔蜡室(13)之间以外有带保温层的不锈钢管连接，封蜡环(5)注射封蜡的头部位于样品盘(9)上方；热屏蔽层(11)固定于熔蜡室(13)外；
真空装置，包括真空抽气管(17)，冷却过滤室(16)，真空泵(15)；真空抽气管(17)抽气口悬挂于步进环体(10)上方，位于正对焙烧炉(14)炉膛出口处，真空抽气管(17)穿过机盒(4)，与机盒(4)外部的冷却过滤室(16)以管道相连；冷却过滤室(16)与真空泵(15)相连；
半导体制冷装置，包括半导体制冷片(1)，制冷铝板(3)；半导体制冷片(1)制冷端与制冷铝板(3)相连；制冷铝板(3)位于步进环体(10)对应放样室(18)处的正下方；
其中，除冷却过滤室(16)与真空泵(15)位于机盒(4)外，真空抽气管(17)穿过机盒(4)，放样室(18)位于机盒(4)正前上方开口处外，其余所述部件均位于机盒(4)内部。
2.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于系统由机盒(4)密封，放样室(18)采用硅胶条密封，以保证系统工作时的真空度。
3.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于步进环体(10)与样品盘(9)均为陶瓷材质，样品盘(9)底部有规则排布的细小圆孔。
4.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于浸渍液储存室(6)内置小型步进电机，控制浸渍注射器(8)注射浸液时间间隔与浸液量。
5.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于浸渍装置设计为两套，此时同时注入两种不同浸渍液在电池表面；一套浸渍装置的浸渍液储存室(6)采用多个浸渍注射器(8)设计，以同时浸渍多个电池片。
6.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于焙烧炉(14)设计温度在1300摄氏度以下，外壳为水冷壁，焙烧炉(14)进样与出样品也均为水冷炉头设计；熔蜡室(13)与焙烧炉(14)为一体化设计，熔蜡室(13)温度由焙烧炉(14)散发热量提供；熔蜡室(13)上方有石蜡装入口(12)，封蜡环(5)用于蜡封燃料电池片外缘，以确定浸渍电极面积；封蜡注射量由另一微型步进电机控制，当系统停止工作后，微型步进电机会逆向运行将封蜡环(5)内残存石蜡吸入熔蜡室(13)；热屏蔽层(11)作为第二道隔屏障防止热量散发影响系统其它工作部件。
7.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于真空抽气管(17)用于保证系统内部真空度，加强浸渍效果，并用于抽去焙烧过程中挥发的石蜡蒸汽；冷却过滤室(16)用于冷却石蜡蒸汽，并防止烟尘进入真空泵(15)中。
8.根据权利要求1所述一种固体氧化物燃料电池电极自动浸渍系统，其特征在于半导体制冷片(1)热端采用水冷，半导体制冷片(1)冷端连接制冷铝板(3)，制冷铝板(3)用于冷却焙烧过后的电池片。
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