CN104529438A - 一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法,其中膜包括以下组分:氧化锆,氧化镍,氧化钙,二氧化硅,氧化铝,氧化镁,膨润土,硅酸钠,高岭土,环氧树脂,聚硫橡胶,二乙烯三胺,液体羧基丁腈橡胶,糊精,丁基橡胶。制备方法为将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶混合搅拌均匀,再在真空条件下加热烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,然后加入到反应釜中,加入其余组分,在惰性气体保护的条件下加热搅拌反应,最后通过压延法压制成陶瓷膜。本发明提供的陶瓷燃料电池用膜具有良好的均一性与致密性,同时制备方法简单,能够很好的应用于陶瓷燃料电池中。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池用膜制备技术领域,具体涉及一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法。
背景技术
陶瓷膜燃料电池(SOFC)是一种新型发电装置,由于具有燃料能量转换效率高、对环境污染小、燃料适应性强和设计灵活等优点,具有良好应用前景,其中,连接材料研究是SOFC发展的关键技术之一。连接材料在陶瓷膜燃料电池工作时,一面处于强氧化性气氛(与阴极接触),一面处于还原性气氛中(与阳极接触),在两电极之间起电子传输与分隔气体的双重作用。因此较陶瓷膜燃料电池其它组元材料对连接材料要求最为苛刻,如:同时满足在氧化性气氛和还原性气氛中稳定,高的电子电导,低的可以忽略的离子电导,与电池其它组元材料具有良好的热匹配性和化学稳定性,此外如易加工成型易封接等。因此要寻找到能够满足上述条件且成本低廉、制备简单的材料相当困难,正因为如此连接材料成为严重制约SOFC发展的技术瓶颈。
对于平板状陶瓷膜燃料电池,目前普遍采用廉价的金属合金作为连接材料,但是在SOFC长期高温下工作的金属连接材料与阴极接触的一侧会发生高温氧化生成电绝缘的氧化膜,因此金属连接材料表面需要制备一层电导率较高的陶瓷连接材料薄膜保护层。而管状陶瓷膜燃料电池堆,陶瓷连接材料薄膜化是唯一的途径。连接材料薄膜化首先优选合适的连接材料,其次采用合适的方法制备连接材料薄膜,因此连接材料薄膜化是陶瓷膜燃料电池商业化的关键。目前制备薄膜型电池材料或薄膜材料部件方法主要包括:流延法(Tapecasting)、浆料涂覆法(Slurry coating)、轧辊法(Tape calendering)、电泳沉积(Electrophoretic deposition method)、溅射(Sputtering)、电化学沉积(Electrochemical vapor deposition)和化学气相沉积法(Chemical Vapor depostion)等,这些方法都存在一些缺点,例如流延法和浆料涂覆法很难制得厚度比较薄且均匀的致密膜;轧辊法对粉体要求较高;电泳沉积法淀积速度快,厚度不均匀;电化学沉积和化学气相沉积法需要高的反应温度,成本昂贵;因此需要开发一种制备方法简单,同时性能优异的膜材料。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法,提高膜的均一性与致密性。
本发明是通过以下技术手段实现的:
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆10-20份,氧化镍10-20份,氧化钙10-18份,二氧化硅5-10份,氧化铝3-8份,氧化镁2-9份,膨润土3-8份,硅酸钠2-6份,高岭土5-10份,环氧树脂2-7份,聚硫橡胶3-6份,二乙烯三胺1-4份,液体羧基丁腈橡胶2-7份,糊精1-4份,丁基橡胶5-10份。
所述的陶瓷燃料电池用膜,可以优选为以重量组分计包括:氧化锆14-18份,氧化镍12-15份,氧化钙13-15份,二氧化硅6-9份,氧化铝5-7份,氧化镁4-8份,膨润土5-7份,硅酸钠3-5份,高岭土6-8份,环氧树脂4-6份,聚硫橡胶3-5份,二乙烯三胺2-4份,液体羧基丁腈橡胶4-6份,糊精2-4份,丁基橡胶7-9份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜,其特征在于,所述环氧树脂可以为E-20环氧树脂或E-51环氧树脂。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜,所述二氧化硅可以为纳米二氧化硅。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到500-600℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在惰性气体保护的条件下加热至105-120℃,搅拌反应120-150分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,步骤二中混合搅拌均匀的条件可以为搅拌温度40-50℃,搅拌速度150-180转/分钟,搅拌时间20-40分钟。
所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,步骤四中惰性气体可以为氮气或氩气。
本发明提供的陶瓷燃料电池用膜具有良好的均一性与致密性,同时制备方法简单,能够很好的应用于陶瓷燃料电池中。
具体实施方式
实施例1
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆10份,氧化镍10份,氧化钙10份,纳米二氧化硅5份,氧化铝3份,氧化镁2份,膨润土3份,硅酸钠2份,高岭土5份,E-20环氧树脂2份,聚硫橡胶3份,二乙烯三胺1份,液体羧基丁腈橡胶2份,糊精1份,丁基橡胶5份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,条件为搅拌温度40℃,搅拌速度150转/分钟,搅拌时间20分钟,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到500℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在氮气保护的条件下加热至105℃,搅拌反应120分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
实施例2
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆14份,氧化镍12份,氧化钙13份,纳米二氧化硅6份,氧化铝5份,氧化镁4份,膨润土5份,硅酸钠3份,高岭土6份,E-51环氧树脂4份,聚硫橡胶3份,二乙烯三胺2份,液体羧基丁腈橡胶4份,糊精2份,丁基橡胶7份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,条件为搅拌温度42℃,搅拌速度155转/分钟,搅拌时间23分钟,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到520℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在氩气保护的条件下加热至108℃,搅拌反应126分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
实施例3
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆16份,氧化镍14份,氧化钙14份,纳米二氧化硅7份,氧化铝6份,氧化镁7份,膨润土6份,硅酸钠4份,高岭土7份,E-20环氧树脂5份,聚硫橡胶4份,二乙烯三胺3份,液体羧基丁腈橡胶5份,糊精3份,丁基橡胶8份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,条件为搅拌温度46℃,搅拌速度165转/分钟,搅拌时间30分钟,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到540℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在氮气保护的条件下加热至112℃,搅拌反应136分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
实施例4
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆18份,氧化镍15份,氧化钙15份,纳米二氧化硅9份,氧化铝7份,氧化镁8份,膨润土7份,硅酸钠5份,高岭土8份,E-20环氧树脂6份,聚硫橡胶5份,二乙烯三胺4份,液体羧基丁腈橡胶6份,糊精4份,丁基橡胶9份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,条件为搅拌温度50℃,搅拌速度170转/分钟,搅拌时间38分钟,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到580℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在氮气或氩气保护的条件下加热至115℃,搅拌反应140分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
实施例5
一种陶瓷燃料电池用膜,以重量组分计包括:氧化锆20份,氧化镍20份,氧化钙18份,纳米二氧化硅10份,氧化铝8份,氧化镁9份,膨润土8份,硅酸钠6份,高岭土10份,E-51环氧树脂7份,聚硫橡胶6份,二乙烯三胺4份,液体羧基丁腈橡胶7份,糊精4份,丁基橡胶10份。
以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,条件为搅拌温度50℃,搅拌速度180转/分钟,搅拌时间40分钟,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到600℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在氮气或氩气保护的条件下加热至120℃,搅拌反应150分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
对以上实施例制备得到的陶瓷膜进行性能测试,结果表明以上实施例制备得到的陶瓷燃料电池用膜具有良好的均一性与致密性,同时制备方法简单,能够很好的应用于陶瓷燃料电池中。
Claims (7)
1.一种陶瓷燃料电池用膜,其特征在于,以重量组分计包括:氧化锆10-20份,氧化镍10-20份,氧化钙10-18份,二氧化硅5-10份,氧化铝3-8份,氧化镁2-9份,膨润土3-8份,硅酸钠2-6份,高岭土5-10份,环氧树脂2-7份,聚硫橡胶3-6份,二乙烯三胺1-4份,液体羧基丁腈橡胶2-7份,糊精1-4份,丁基橡胶5-10份。
2.根据权利要求1所述的陶瓷燃料电池用膜,其特征在于,以重量组分计包括:氧化锆14-18份,氧化镍12-15份,氧化钙13-15份,二氧化硅6-9份,氧化铝5-7份,氧化镁4-8份,膨润土5-7份,硅酸钠3-5份,高岭土6-8份,环氧树脂4-6份,聚硫橡胶3-5份,二乙烯三胺2-4份,液体羧基丁腈橡胶4-6份,糊精2-4份,丁基橡胶7-9份。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷燃料电池用膜,其特征在于,所述环氧树脂为E-20环氧树脂或E-51环氧树脂。
4.根据权利要求1或2所述的陶瓷燃料电池用膜,其特征在于,所述二氧化硅为纳米二氧化硅。
5.权利要求1或2所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,按照重量份称取各组分;
步骤二,将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀,得到混合物一;
步骤三,将混合物一在真空条件下加热到500-600℃进行烧结,烧结后冷却至室温,采用研磨机研磨至粒径在300μm以下,出料;
步骤四,将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中,加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀,然后在惰性气体保护的条件下加热至105-120℃,搅拌反应120-150分钟,得到混合物二;
步骤五,将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。
6.根据权利要求5所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,其特征在于,步骤二中混合搅拌均匀的条件为搅拌温度40-50℃,搅拌速度150-180转/分钟,搅拌时间20-40分钟。
7.根据权利要求5所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法,其特征在于,步骤四中惰性气体为氮气或氩气。
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