CN103985887B - 管式固体氧化物燃料电池的封接材料、电池堆及其制备方法 - Google Patents

管式固体氧化物燃料电池的封接材料、电池堆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了管式固体氧化物燃料电池的封接材料、电池堆及其制备方法,所述封接材料包括导电层,密封层和粘结层,导电层为金属管或复合阳极支撑管,导电层外侧涂覆SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层,其中A选自La或Y;B选自Fe,Co,Ni,Cu和Zn中一种;x为0.5~1,y为0.5~1,密封层外侧涂覆粘结层,粘结层为LaCrO3基连接材料,采用上述管式封接材料连接相邻单体电池以组成电池堆,本发明封接材料为“导电层、密封层、粘结层”三层结构,集连接材料和密封材料于一体,同时具有通气和导电功能,首次实现了同时具有通气和导电功能的管状的双向功能的复合封接材料体系的研究。

Description

管式固体氧化物燃料电池的封接材料、电池堆及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池领域,特别是涉及管式固体氧化物燃料电池的封接材料、电池堆及其制备方法。
背景技术
燃料电池作为一种高效、环境友好的将化学能直接转化为电能的装置,具有良好的发展前景。其中,固体氧化物燃料电池(SOFC)是该领域的一个研究热点,本世纪初以来,SOFC进入了陶瓷膜燃料电池(CMFC)的新阶段。目前来说,单电池主要包括管状和片状两种类型,其性能一般在工作温度下都能达到数百至上千的mW/cm2的功率,但电池产品步入产业化和市场化的进程远远滞后于人们的预期,根本原因就是在于构建电池堆和发电系统的相关材料,特别是封接材料发展的限制,所以目前为止,我国还没有千瓦或兆瓦级燃料电池堆长期运行的数据报道。
一个单电池主要包括阳极、阴极和电解质三个部分,在实际运用中由于单电池的输出功率有限,必须把若干个单电池连接起来形成电池堆(SOFCs),才能获得所需要的高电压和大功率。在组成电池堆时就必须另外再用上连接材料(导电)和密封材料(导气)两种体系,而对这些连接材料和密封材料的要求就较为苛刻,其原因就是把单个电池集装成堆之后,不仅仅要能集电不短路,而且要防止在工作温度下燃料气和氧化气相混合,同时还要求材料的本身要有热稳定性和化学稳定性,所以密封和连接材料的研究成为了制约陶瓷膜燃料电池发展的关键,目前多数做法是把连接和密封材料分别制备和研究。
发明内容
本发明目的是提供一种管式固体氧化物燃料电池的封接材料,是将单个管式固体氧化物燃料电池(SOFC)组装成固体氧化物燃料电池堆(SOFCs)时集连接材料和密封材料于一体,所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料将导电的连接材料和隔绝气体的密封材料进行统一研究,既要保证气体的路线,又要保证电流的电路,是一个复合材料和工艺体系,本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料,设计通道式封接工艺结构,提高了封接材料导电和稳定性性能。
一种管式固体氧化物燃料电池的封接材料,由内到外包括导电层,密封层和粘结层,所述导电层为金属管或复合阳极支撑管,所述金属管选自Ag、Cu和Ni中一种,所述导电层外侧涂覆SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层,其中A选自La或Y;B选自Fe,Co,Ni,Cu和Zn中一种;x为0.5~1,y为0.5~1,所述密封层外侧涂覆所述粘结层,所述粘结层为LaCrO3基连接材料。
本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料,所述SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层选自Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Ni0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Ni0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Cu0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Zn0.5O3和Sr0.7Y0.3Ti0.5Zn0.5O3中一种。
本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料,所述复合阳极支撑管为NiO-氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)和NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)复合阳极支撑管中一种。
本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料,所述LaCrO3基连接材料选自La0.7Sr0.3CrO3或LaCrO3
本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的SrxA1-xTiyB1-yO3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的LaCrO3基浆料;
步骤三:导电层以金属管或复合阳极支撑管为支撑,在其表面均匀涂覆SrxA1-xTiyB1-yO3基浆料,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时,烧结成型得到SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层;
步骤四:在步骤三中密封层表面上再涂覆步骤二中LaCrO3基浆料,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时得到粘结层。
一种管式固体氧化物燃料电池堆,包括至少两个单体电池,所述单体电池截面为圆形或扁椭圆状,所述单体电池管壁分为内层、中间夹层和外层构成的三层结构,所述内层为阳极,采用多孔阳极管为支撑管,所述中间夹层为电解质,所述外层为多孔阴极,所述单体电池两端部管壁上分别有一开孔,采用上述管式固体氧化物燃料电池的封接材料将相邻单体电池端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本发明管式固体氧化物燃料电池堆,用于制备所述内层阳极的材料为NiO和氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)混合物、NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)混合物和NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)混合物中一种。
本发明管式固体氧化物燃料电池堆,用于制备所述外层多孔阴极的材料为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)。
本发明管式固体氧化物燃料电池堆,所述中间夹层电解质为氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)中一种。
一种管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,所述方法包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层阳极的材料NiO和氧化钇稳定的氧化锆混合物或NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ混合物或NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ混合物和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时后,得到NiO-YSZ、NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)或NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)复合阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层电解质均匀涂覆在步骤(a)所述阳极支撑管上并于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时后制备电解质薄膜得到管状单体半电池;
步骤(c):在制备外层多孔阴极的材料中加入粉体质量20%的含5~10wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在步骤(2)中所述管状单体半电池上,烧结成型后得到管状固体氧化物燃料单体电池;
步骤(d):在管式固体氧化物燃料单体电池两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):用上述管式固体氧化物燃料电池的封接材料将相邻单体电池端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本发明提供的管式固体氧化物燃料电池的封接材料,所述封接材料为“导电层、密封层、粘结层”三层结构集连接材料和密封材料于一体,不仅保留了现有管式固体氧化物燃料电池的原有优点,而且同时具有通气和导电功能,首次实现了同时具有通气和导电功能的管式的双向功能的复合封接材料体系的研究;本发明提供的管式固体氧化物燃料电池堆易于密封组堆、结构简单;本发明提供的管式固体氧化物燃料电池的封接材料和电池堆制备方法具有工艺简单,重复性好,生产成本低,易于工业化生产和应用的优点。
附图说明
图1本发明管式固体氧化物燃料电池堆结构示意图奇数管,其中1为燃料气,2为空气,3为封接材料,4为单体电池;
图2本发明管式固体氧化物燃料电池堆结构示意图偶数管,其中1为燃料气,2为空气,3为封接材料,4为单体电池;
图3本发明管式固体氧化物燃料电池的封接材料结构示意图,其中31为导电层,32为密封层,33为粘结层;
图4本发明管式固体氧化物燃料单体电池结构示意图,其中41为内层,42为中间夹层,43为外层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图3所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3,由内到外包括导电层31,密封层32和粘结层33,导电层31为Ag金属管,在其表面涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3基密封层32,在密封层32表面上涂覆La0.7Sr0.3CrO3基粘结层33。
本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3制备方法,包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的La0.7Sr0.3CrO3浆料;
步骤三:导电层31以Ag金属管为支撑,在其表面均匀涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3基浆料,于空气气氛中1300℃烧结4小时,烧结成型得到Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3基密封层32;
步骤四:在步骤三中密封层32表面上再涂覆步骤二中La0.7Sr0.3CrO3浆料,于空气气氛中1300℃烧结4小时得到粘结层33。
如图1和4所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池堆,包括三个单体电池4,单体电池4截面为圆形,单体电池4管壁分为内层41、中间夹层42和外层43构成的三层结构,内层41为NiO和YSZ材料制备的阳极支撑管,中间夹层42为YSZ电解质,外层43为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)材料制备的多孔阴极,单体电池4两端部管壁上分别有一开孔,采用本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3将相邻单体电池4端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本实施例管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层41阳极的材料NiO、YSZ和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1300℃烧结4小时后得到NiO-YSZ复合阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层42电解质YSZ均匀涂覆在阳极支撑管上并于空气气氛中1500℃烧结4小时后制备YSZ薄膜得到管状半电池;
步骤(c):在制备外层43阴极的材料中加入粉体质量20%的含5wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的单体管状半电池上,烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池4;
步骤(d):在所得到的管式固体氧化物燃料单体电池4两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):单体电池4一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流入,单体电池4另一端开孔与第二个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,第二个单体电池4另一端开孔与第三个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,第三个单体电池4另一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流出,连接处采用导电胶封口组装成本实施例电池堆。
实施例2
本实施例除管式固体氧化物燃料电池的封接材料3导电层31采用Ag金属管为支撑在其表面涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Ni0.5O3基密封层32,其它内容同例1。
实施例3
如图3所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3,由内到外包括导电层31,密封层32和粘结层33,导电层31为Cu金属管,在其表面涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3基密封层32,在密封层32表面上涂覆LaCrO3基粘结层33。
本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3制备方法,包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的LaCrO3浆料;
步骤三:导电层31以Cu金属管为支撑,在其表面均匀涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3基浆料,于空气气氛中1500℃烧结6时,烧结成型得到Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3基密封层32;
步骤四:在步骤三中密封层32表面上再涂覆步骤二中LaCrO3浆料,于空气气氛中1500℃烧结6小时得到粘结层33。
如图2和4所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池堆,包括四个单体电池4,单体电池4截面为扁椭圆状,单体电池4管壁分为内层41、中间夹层42和外层43构成的三层结构,内层41为NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)材料制备的阳极支撑管,中间夹层42为BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)电解质,外层43为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)材料制备的多孔阴极,单体电池4两端部管壁上分别有一开孔,采用本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3将相邻单体电池4端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本实施例管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层41阳极的材料NiO,BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1500℃烧结6小时烧结后得到NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层42电解质BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)均匀涂覆在阳极支撑管上并于空气气氛中1300℃烧结6小时后制备BZPY电解质薄膜得到管状单体半电池;
步骤(c):在制备外层43阴极的材料(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)中加入粉体质量20%的含6wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的管状单体半电池上,烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池4;
步骤(d):在所得到的管式固体氧化物燃料单体电池4两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):单体电池4一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流入,单体电池4另一端开孔与第二个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,并以此类推,依次串联连接四个单体电池,第四个单体电池4另一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流出,连接处采用导电胶封口组装成本实施例电池堆。
实施例4
本实施例除管式固体氧化物燃料电池的封接材料3导电层31采用Ni金属管为支撑在其表面涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Ni0.5O3基密封层32,其它内容同例3。
实施例5
如图3所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3,由内到外包括导电层31,密封层32和粘结层33,导电层31为NiO-YSZ阳极支撑管,在其表面涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3基密封层32,在密封层32表面上涂覆La0.7Sr0.3CrO3基粘结层33。
本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3制备方法,包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的La0.7Sr0.3CrO3浆料;
步骤三:导电层31以NiO-YSZ阳极支撑管支撑,在其表面均匀涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3基浆料,于空气气氛中1300℃烧结8时,烧结成型得到Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3基密封层32;
步骤四:在步骤三中密封层32表面上再涂覆步骤二中La0.7Sr0.3CrO3浆料,于空气气氛中1500℃烧结8小时得到粘结层33。
如图1和4所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池堆,包括三个单体电池4,单体电池4截面为圆形,单体电池4管壁分为内层41、中间夹层42和外层43构成的三层结构,内层41为NiO和YSZ材料制备的阳极支撑管,中间夹层42为YSZ电解质,外层43为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)材料制备的多孔阴极,单体电池4两端部管壁上分别有一开孔,采用本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3将相邻单体电池4端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本实施例管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层41阳极的材料NiO、YSZ和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1300℃烧结8小时烧结后得到NiO-YSZ复合阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层42电解质YSZ均匀涂覆在阳极支撑管上并于空气气氛中1300℃烧结8小时后制备YSZ电解质薄膜得到管状半电池;
步骤(c):在制备外层43阴极的材料(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)中加入粉体质量20%的含8wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的单体管状半电池上,烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池4;
步骤(d):在所得到的管式固体氧化物燃料单体电池4两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):单体电池4一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流入,单体电池4另一端开孔与第二个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,第二个单体电池4另一端开孔与第三个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,第三个单体电池4另一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流出,连接处采用导电胶封口组装成本实施例电池堆。
实施例6
本实施例除管式固体氧化物燃料电池的封接材料3导电层31采用NiO-YSZ阳极支撑管为支撑在其表面涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Cu0.5O3基密封层32,其它内容同例5。
实施例7
如图3所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3,由内到外包括导电层31,密封层32和粘结层33,导电层31为NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)复合阳极支撑管,在其表面涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3基密封层32,在密封层32表面上涂覆LaCrO3基粘结层33。
本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3制备方法,包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的LaCrO3浆料;
步骤三:导电层31以NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)复合阳极支撑管为支撑,在其表面均匀涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3基浆料,于空气气氛中1500℃烧结6时,烧结成型得到Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3基密封层32;
步骤四:在步骤三中密封层32表面上再涂覆步骤二中LaCrO3浆料,于空气气氛中1500℃烧结6小时得到粘结层33。
如图2和4所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池堆,包括四个单体电池4,单体电池4截面为扁椭圆状,单体电池4管壁分为内层41、中间夹层42和外层43构成的三层结构,内层41为NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)材料制备的阳极支撑管,中间夹层42为BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)电解质,外层43为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)材料制备的多孔阴极,单体电池4两端部管壁上分别有一开孔,采用本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3将相邻单体电池4端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本实施例管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层41阳极的材料NiO,BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1500℃烧结6小时烧结后得到NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层42电解质BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)均匀涂覆在阳极支撑管上并于空气气氛中1300℃烧结6小时后制备BZPY电解质薄膜得到管状单体半电池;
步骤(c):在制备外层43阴极的材料(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)中加入粉体质量20%的含6wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的管状单体半电池上,烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池4;
步骤(d):在所得到的管式固体氧化物燃料单体电池4两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):单体电池4一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流入,单体电池4另一端开孔与第二个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,并以此类推,依次串联连接四个单体电池,第四个单体电池4另一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流出,连接处采用导电胶封口组装成本实施例电池堆。
实施例8
本实施例除管式固体氧化物燃料电池的封接材料3导电层31采用NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ(BZPY)复合阳极管为支撑在其表面涂覆Sr0.7La0.3Ti0.5Zn0.5O3基密封层32,其它内容同例7。
实施例9
如图3所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3,由内到外包括导电层31,密封层32和粘结层33,导电层31为NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)复合阳极支撑管,在其表面涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3基密封层32,在密封层32表面上涂覆LaCrO3基粘结层33。
本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3制备方法,包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的LaCrO3浆料;
步骤三:导电层31以NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)复合阳极管为支撑,在其表面均匀涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3基浆料,于空气气氛中1500℃烧结10时,烧结成型得到Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3基密封层32;
步骤四:在步骤三中密封层32表面上再涂覆步骤二中LaCrO3浆料,于空气气氛中1500℃烧结10小时得到粘结层33。
如图2和4所示,本实施例管式固体氧化物燃料电池堆,包括四个单体电池4,单体电池4截面为扁椭圆状,单体电池4管壁分为内层41、中间夹层42和外层43构成的三层结构,内层41为NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)材料制备的阳极支撑管,中间夹层42为BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)电解质,外层43为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)材料制备的多孔阴极,单体电池4两端部管壁上分别有一开孔,采用本实施例管式固体氧化物燃料电池的封接材料3将相邻单体电池4端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
本实施例管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层41阳极的材料NiO,BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1500℃烧结10小时,烧结后得到NiO--BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层42电解质BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)均匀涂覆在阳极支撑管上并于空气气氛中1500℃烧结10小时后制备BZPYZn电解质薄膜得到管状半电池;
步骤(c):在制备外层43阴极的材料(La0.75Sr0.25)0.95MnO3(LSM)中加入粉体质量20%的含10wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的单体管状半电池上,烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池4;
步骤(d):在所得到的管式固体氧化物燃料单体电池4两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):单体电池4一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流入,单体电池4另一端开孔与第二个单体电池4一端开孔采用封接材料3密封连接,并以此类推,依次串联连接四个单体电池,第四个单体电池4另一端开孔与封接材料3连接,用于燃料气1流出,连接处采用导电胶封口组装成本实施例电池堆。
实施例10
本实施例除管式固体氧化物燃料电池的封接材料3导电层31采用NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ(BZPYZn)复合阳极管为支撑在其表面涂覆Sr0.7Y0.3Ti0.5Zn0.5O3基密封层32,其它内容同例9。

Claims (10)

1.一种管式固体氧化物燃料电池的封接材料,其特征在于:由内到外包括导电层(31),密封层(32)和粘结层(33),所述导电层(31)为金属管或复合阳极支撑管,所述金属管选自Ag、Cu和Ni中一种,所述导电层(31)外侧涂覆SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层(32),其中A选自La或Y;B选自Fe,Co,Ni,Cu和Zn中一种;x为0.5~1,y为0.5~1,所述密封层(32)外侧涂覆所述粘结层(33),所述粘结层(33)为LaCrO3基连接材料。
2.根据权利要求1所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料,其特征在于:所述SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层(32)选自Sr0.7La0.3Ti0.5Fe0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Fe0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Co0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Co0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Ni0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Ni0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Cu0.5O3,Sr0.7Y0.3Ti0.5Cu0.5O3,Sr0.7La0.3Ti0.5Zn0.5O3和Sr0.7Y0.3Ti0.5Zn0.5O3中一种。
3.根据权利要求1所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料,其特征在于:所述复合阳极支撑管为NiO-氧化钇稳定的氧化锆、NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ和NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ复合阳极支撑管中一种。
4.根据权利要求1所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料,其特征在于:所述LaCrO3基连接材料选自La0.7Sr0.3CrO3或LaCrO3
5.权利要求1-4任意一项所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤一:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的SrxA1-xTiyB1-yO3基浆料;
步骤二:采用PVA为分散剂,球磨研磨法制得固含量为15wt%的LaCrO3基浆料;
步骤三:导电层(31)以金属管或复合阳极支撑管为支撑,在其表面均匀涂覆SrxA1-xTiyB1-yO3基浆料,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时,烧结成型得到SrxA1-xTiyB1-yO3基密封层(32);
步骤四:在步骤三中密封层(32)表面上再涂覆步骤二中LaCrO3基浆料,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时得到粘结层(33)。
6.一种管式固体氧化物燃料电池堆,包括至少两个单体电池(4),所述单体电池(4)截面为圆形或扁椭圆状,所述单体电池管壁分为内层(41)、中间夹层(42)和外层(43)构成的三层结构,所述内层(41)为阳极,采用多孔阳极管为支撑管,所述中间夹层(42)为电解质,所述外层(43)为多孔阴极,其特征在于:所述单体电池(4)两端部管壁上分别有一开孔,采用权利要求1-4任意一项所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料(3)将相邻单体电池(4)端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
7.根据权利要求6所述管式固体氧化物燃料电池堆,其特征在于:用于制备所述内层(41)阳极的材料为NiO和氧化钇稳定的氧化锆混合物、NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ混合物和NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ混合物中一种。
8.根据权利要求7所述管式固体氧化物燃料电池堆,其特征在于:用于制备所述外层(43)多孔阴极的材料为(La0.75Sr0.25)0.95MnO3
9.根据权利要求8所述管式固体氧化物燃料电池堆,其特征在于:所述中间夹层(42)电解质为氧化钇稳定的氧化锆、BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ中一种。
10.权利要求9所述管式固体氧化物燃料电池堆制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤(a):将用于制备内层(41)阳极的材料NiO和氧化钇稳定的氧化锆混合物或NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ混合物或NiO和BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ混合物和造孔剂按6:4:2比例混合球墨24小时后干燥得所需的阳极初级粉体,所需的阳极初级粉体采用挤塑成型得到阳极支撑管素坯,于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时,烧结后得到NiO-氧化钇稳定的氧化锆、NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.2O3-δ或NiO-BaZr0.7Pr0.1Y0.16Zn0.04O3-δ复合阳极支撑管;
步骤(b):采用丝网印刷法将中间夹层(42)电解质均匀涂覆在步骤(a)所述阳极支撑管上并于空气气氛中1300~1500℃烧结4~10小时后制备电解质薄膜得到管状半电池;
步骤(c):在制备外层(43)多孔阴极的材料中加入粉体质量20%的含5~10wt%乙基纤维素的松油醇,混合研磨均匀后得到阴极浆料,用丝网印刷法将浆料均匀涂覆在烧结成型的单体管状半电池上的烧结成型后得到管式固体氧化物燃料单体电池(4);
步骤(d):在管式固体氧化物燃料单体电池(4)两端部管壁上分别开一个孔;
步骤(e):采用权利要求1-4任意一项所述管式固体氧化物燃料电池的封接材料将相邻单体电池(4)端部管壁上开孔串联密封连接组成电池堆,连接处采用导电胶封口。
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