CN111933980A - 固体氧化物燃料电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法。该制备方法主要包括以下步骤:在烧结致密的电解质片上旋涂阻隔层GDC浆料,得半成品电池;将半成品电池压附在待制备的电池上进行烧结;所述待制备的电池依次包括阴极层、GDC阻隔层、电解质层、GDC阻隔层、阳极层。上述固体氧化物燃料电池的制备方法工艺简单,对设备要求低,操作方便;制备得到的固体氧化物燃料电池,电池电极与电解质不易脱落,显著提高了电池的开路电压。

Description

固体氧化物燃料电池的制备方法
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池领域,具体涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能够持续、高效的转换和储存能量的电化学装置,是继磷酸型燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池之后,能量转换效率最高的第三代燃料电池。
SOFC的电解质及电极材料的选择十分关键,一方面材料本身的电化学性质决定了电池的性能,另一方面电解质和电极之间界面的微观结构及原子排列也强烈地影响着界面的电化学性质,进而影响电池的性能。由于SOFC组装过程中需要进行高温处理,而运行时又长期处于高温环境中,因此电解质和电极很容易出现接触不好、电极脱落现象,严重影响SOFC的整体性能,另外,界面反应也是SOFC运行过程中性能衰减的主要原因。
因此,如何保证电解质与电极之间良好的接触,提高电池的开路电压,保证电池的长期稳定性能具有重要的研究意义。
发明内容
基于此,本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池的制备方法,其制备得到的固体氧化物燃料电池电极与电解质不易脱落,显著提高了电池的开路电压。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
本发明提供一种固体氧化物燃料电池的制备方法,包括以下步骤:
S1,在烧结致密的电解质片上旋涂阻隔层GDC浆料,烧结,得到半成品电池;
S2,将半成品电池压附在待制备的电池上进行烧结,即得;
所述待制备的电池依次包括阴极层、GDC阻隔层、电解质层、GDC阻隔层、阳极层。
其中,半成品电池压附在待制备电池上烧结时的程序为:升温速率为1~3℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1000℃下保温2~4h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。
其中,半成品电池的制备包括以下步骤:往烧结致密的电解质片其中一面上滴加GDC浆料,真空条件下旋涂均匀,450~550℃退火保温;重复上述操作对电解质片另一面进行旋涂,450~550℃退火保温;将上述双面旋涂后的电解质片1200~1400℃退火保温。
具体地,半成品电池旋涂时的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;450~550℃保温25~35min;然后以2~4℃/min的速率降至室温;半成品电池双面旋涂后的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1200~1400℃下保温2~4h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。
其中,GDC浆料的制备包括以下步骤:取8~12重量份GDC粉体,加入没过GDC粉体量的丙酮,0.1~0.3重量份KD~1,混合均匀后球磨至KD~1被溶解;向上述球磨后的原料中添加有机粘合剂,继续球磨至得到乳白色胶状的粘稠液体,有机粘合剂的添加量与GDC粉体的质量比为(1~3):1;恒温保存至丙酮挥发至无味。
其中,有机粘合剂包括6%乙基纤维素的松油醇。
其中,电解质片的制备包括以下步骤:取25~35重量份电解质,加入没过电解质粉体的丙酮,0.4~0.6重量份的KD~1,混合均匀后球磨,得电解质粉体;将电解质粉体加入模具中压制成电解质生坯片;1300~1550℃烧结致密。
其中,电解质粉体压制时的压力为200~250Mpa,电解质生坯片的厚度为250~350um。
其中,待制备的电池的制备包括以下步骤:在半成品电池上手涂电极浆料,烧结即得。
其中,待制备的电池的电解质层为YSZ。
本发明具有以下有益技术效果:
(1)本发明所提供的固体氧化物燃料电池的制备方法,工艺简单,对设备要求低,操作方便;
(2)制备得到的固体氧化物燃料电池,电池电极与电解质不易脱落,显著提高了电池的开路电压。
附图说明
图1为实施例1和对比例1中得到的电池截面SEM扫描图,其中A为对比例1中电池截面SEM扫描图,B为实施例1中电池截面SEM扫描图;
图2为实施例1和对比例1中得到的电池的I-V、I-P曲线,其中A为对比例1中电池的I-V、I-P曲线,B为实施例1中电池的I-V、I-P曲线;
图3为实施例2中得到的电池的I-V、I-P曲线;
图4为实施例3中得到的电池的I-V、I-P曲线;
图5为对比例2中得到的电池的I-V、I-P曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
一种固体氧化物燃料电池的制备方法,主要包括以下步骤:
S1,在烧结致密的电解质片上旋涂阻隔层GDC浆料,烧结,得到半成品电池;
S2,将半成品电池压附在待制备的电池上进行烧结,即得;
所述待制备的电池依次包括阴极层、GDC阻隔层、电解质层、GDC阻隔层、阳极层。
需要注意的是:步骤S2中待制备的电池是在步骤S1中的半成品电池上刷涂电极层之后得到的。
本发明中,步骤S2中半成品电池压附在待制备电池上烧结时的程序为:升温速率为1~3℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1000℃下保温3h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。优选地为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1000℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温。
本发明中,步骤S1中半成品电池的制备包括以下步骤:往烧结致密的电解质片其中一面上滴加GDC浆料,真空条件下旋涂均匀,450~550℃退火保温;重复上述操作对电解质片另一面进行旋涂,450~550℃退火保温;将上述双面旋涂后的电解质片1200~1400℃退火保温。
本发明中,半成品电池旋涂时的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;450~550℃保温25~35min;然后以2~4℃/min的速率降至室温;半成品电池双面旋涂后的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1200~1400℃下保温2~4h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。本步骤中需要注意的是:需要严格控制烧结时的最高温度,申请人经过多次实验发现,当烧结的最高温度超过1400℃时,GDC和电解质会发生反应,产生杂相增加界面极化;当烧结温度低于1200℃时,烧结后的致密性不能保证,阻隔性大大降低,无法保证阻碍界面反应的准确性;
本发明中,GDC浆料的制备包括以下步骤:取8~12重量份GDC粉体,加入没过GDC粉体量的丙酮,0.1~0.3重量份KD~1,混合均匀后球磨至KD~1被溶解;向上述球磨后的原料中添加有机粘合剂,继续球磨至得到乳白色胶状的粘稠液体,有机粘合剂的添加量与GDC粉体的质量比为(1~3):1;恒温保存至丙酮挥发至无味。本步骤中需要注意的是:需要严格控制有机粘合剂的添加量,当有机粘合剂的添加量过多时,电解质带来的阻抗会变大,当有机粘合剂的添加量过少时,会起不到阻碍作用。
其中,有机粘合剂包括6%乙基纤维素的松油醇。
本发明中,电解质片的制备包括以下步骤:取25~35重量份电解质,加入没过电解质粉体的丙酮,0.4~0.8重量份的KD~1,混合均匀后球磨至无颗粒,得电解质粉体;将电解质粉体加入模具中压制成电解质生坯片;1300~1550℃烧结致密。
其中,电解质粉体压制时的压力为200~250Mpa,电解质生坯片的厚度为250~350um。
本发明中,待制备的电池的制备包括以下步骤:在半成品电池上手涂电极浆料,烧结即得。
本发明中,待制备的电池的电解质层优选为YSZ。
实施例1
本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)取30g的商业电解质YSZ,加入没过电解质粉体的丙酮作为溶剂、0.6g KD~1作为分散剂,球磨24h,确保电解质粉体颗粒大小均匀,减少粉末的粒径至纳米级,得电解质粉体;
(2)将适量球磨好的YSZ粉体加入到模具中,通过调整螺栓,铺平YSZ粉体,并在220Mpa压力下压成厚度为300um的电解质生坯片,然后将压制好的电解质生坯片在1450℃下预烧结10h达到致密;
(3)浆料的制备:10g钆掺杂氧化铈氧化物Ce0.9Gd0.1O2~δ(GDC)粉体,加入没过粉体的量的丙酮作为溶剂,0.2g的KD~1作为分散剂,球磨3h,然后将GDC:有机粘合剂(含6%乙基纤维素的松油醇)=1:2(质量比)称取加入有机粘合剂,再研磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体,取出40~50℃恒温保存,待丙酮挥发至无味时使用;
(4)半成品电池制备:将步骤(2)中烧结好的致密的电解质YSZ片置于真空旋转涂层机的转台上用于旋涂阻隔层GDC浆料,设定操作参数如下:慢速v1=800r/min,t1=10s;快速v2=3500r/min,t2=30s。往支撑片中心位置滴加适量浆料,打开真空泵运行30s后启动旋涂机进行涂层,涂完第一面后500℃退火保温30min再涂下一面,每一面旋涂1~2遍以保证薄膜的厚度。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;500℃保温30min;然后以3℃/min的速率降至室温;
(5)GDC膜层的烧结:电解质YSZ片两面全部旋涂完后,将涂好膜的电解质支撑体转移到高温炉中1300℃退火,保温3h。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1300℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温;
(6)对称电池的制备:在步骤(5)中得到的电池的两面分别刷涂电极涂料,涂抹次数一般为3~4次,电极厚度约为25~35um。
(7)将步骤(5)中的半成品电池压制在步骤(6)中的对称电池上进行烧结,确保电解质和电机烧结时间充分,烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1000℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温。
实施例2
本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)取28g的商业电解质YSZ,加入没过电解质粉体的丙酮作为溶剂、0.6g KD~1作为分散剂,球磨24h,确保电解质粉体颗粒大小均匀,减少粉末的粒径至纳米级,得电解质粉体;
(2)将适量球磨好的YSZ粉体加入到模具中,通过调整螺栓,铺平YSZ粉体,并在230Mpa压力下压成厚度为280um的电解质生坯片,然后将压制好的电解质生坯片在1400℃下预烧结10h达到致密;
(3)浆料的制备:11g钆掺杂氧化铈氧化物Ce0.9Gd0.1O2~δ(GDC)粉体,加入没过粉体的量的丙酮作为溶剂,0.3g的KD~1作为分散剂,球磨3h,然后将GDC:有机粘合剂(含6%乙基纤维素的松油醇)=1:1.5(质量比)称取加入有机粘合剂,再研磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体,取出40~50℃恒温保存,待丙酮挥发至无味时使用;
(4)半成品电池制备:将步骤(2)中烧结好的致密的电解质YSZ片置于真空旋转涂层机的转台上用于旋涂阻隔层GDC浆料,设定操作参数如下:慢速v1=800r/min,t1=10s;快速v2=3500r/min,t2=30s。往支撑片中心位置滴加适量浆料,打开真空泵运行30s后启动旋涂机进行涂层,涂完第一面后480℃退火保温35min再涂下一面,每一面旋涂1~2遍以保证薄膜的厚度。预烧结程序为:升温速率为4℃/min;320℃保温13min;480℃保温35min;然后以4℃/min的速率降至室温;
(5)GDC膜层的烧结:电解质YSZ片两面全部旋涂完后,将涂好膜的电解质支撑体转移到高温炉中1250℃退火,保温3h。预烧结程序为:升温速率为4℃/min;320℃保温8min;820℃保温10min;1250℃下保温3h;然后以4℃/min的速率降至室温;
(6)对称电池的制备:在步骤(5)中得到的电池的两面分别刷涂电极涂料,涂抹次数一般为3~4次,电极厚度约为25~35um。
(7)将步骤(5)中的半成品电池压制在步骤(6)中的对称电池上进行烧结,确保电解质和电机烧结时间充分,烧结程序为:升温速率为2℃/min;320℃保温12min;830℃保温12min;1000℃下保温3h;然后以4℃/min的速率降至室温。
实施例3
本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)取26g的商业电解质YSZ,加入没过电解质粉体的丙酮作为溶剂、0.5g KD~1作为分散剂,球磨24h,确保电解质粉体颗粒大小均匀,减少粉末的粒径至纳米级,得电解质粉体;
(2)将适量球磨好的YSZ粉体加入到模具中,通过调整螺栓,铺平YSZ粉体,并在210Mpa压力下压成厚度为320um的电解质生坯片,然后将压制好的电解质生坯片在1500℃下预烧结10h达到致密;
(3)浆料的制备:8g钆掺杂氧化铈氧化物Ce0.9Gd0.1O2~δ(GDC)粉体,加入没过粉体的量的丙酮作为溶剂,0.2g的KD~1作为分散剂,球磨3h,然后将GDC:有机粘合剂(含6%乙基纤维素的松油醇)=1:3(质量比)称取加入有机粘合剂,再研磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体,取出40~50℃恒温保存,待丙酮挥发至无味时使用;
(4)半成品电池制备:将步骤(2)中烧结好的致密的电解质YSZ片置于真空旋转涂层机的转台上用于旋涂阻隔层GDC浆料,设定操作参数如下:慢速v1=800r/min,t1=10s;快速v2=3500r/min,t2=30s。往支撑片中心位置滴加适量浆料,打开真空泵运行30s后启动旋涂机进行涂层,涂完第一面后480℃退火保温30min再涂下一面,每一面旋涂1~2遍以保证薄膜的厚度。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;280℃保温13min;480℃保温30min;然后以2℃/min的速率降至室温;
(5)GDC膜层的烧结:电解质YSZ片两面全部旋涂完后,将涂好膜的电解质支撑体转移到高温炉中1300℃退火,保温3h。预烧结程序为:升温速率为2℃/min;320℃保温15min;800℃保温10min;1250℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温;
(6)对称电池的制备:在步骤(5)中得到的电池的两面分别刷涂电极涂料,涂抹次数一般为3~4次,电极厚度约为25~35um。
(7)将步骤(5)中的半成品电池压制在步骤(6)中的对称电池上进行烧结,确保电解质和电机烧结时间充分,烧结程序为:升温速率为1℃/min;310℃保温15min;760℃保温15min;1000℃下保温3h;然后以2℃/min的速率降至室温。
对比例1
本对比例与对比例1的区别在于步骤S2中待制备的电池烧结时不采取半成品电池压附处理。
对比例2
本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)取30g的商业电解质YSZ,加入没过电解质粉体的丙酮作为溶剂、0.6g KD~1作为分散剂,球磨24h,确保电解质粉体颗粒大小均匀,减少粉末的粒径至纳米级,得电解质粉体;
(2)将适量球磨好的YSZ粉体加入到模具中,通过调整螺栓,铺平YSZ粉体,并在220Mpa压力下压成厚度为300um的电解质生坯片,然后将压制好的电解质生坯片在1450℃下预烧结10h达到致密;
(3)浆料的制备:10g钆掺杂氧化铈氧化物Ce0.9Gd0.1O2~δ(GDC)粉体,加入没过粉体的量的丙酮作为溶剂,0.2g的KD~1作为分散剂,球磨3h,然后将GDC:有机粘合剂(含6%乙基纤维素的松油醇)=1:4(质量比)称取加入有机粘合剂,再研磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体,取出40~50℃恒温保存,待丙酮挥发至无味时使用;
(4)半成品电池制备:将步骤(2)中烧结好的致密的电解质YSZ片置于真空旋转涂层机的转台上用于旋涂阻隔层GDC浆料,设定操作参数如下:慢速v1=800r/min,t1=10s;快速v2=3500r/min,t2=30s。往支撑片中心位置滴加适量浆料,打开真空泵运行30s后启动旋涂机进行涂层,涂完第一面后500℃退火保温30min再涂下一面,每一面旋涂1~2遍以保证薄膜的厚度。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;500℃保温30min;然后以3℃/min的速率降至室温;
(5)GDC膜层的烧结:电解质YSZ片两面全部旋涂完后,将涂好膜的电解质支撑体转移到高温炉中1300℃退火,保温3h。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1300℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温;
(6)对称电池的制备:在步骤(5)中得到的电池的两面分别刷涂电极涂料,涂抹次数一般为3~4次,电极厚度约为25~35um;
(7)将步骤(5)中的半成品电池压制在步骤(6)中的对称电池上进行烧结,确保电解质和电机烧结时间充分,烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1000℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温。
对比例3
本实施例提供了一种固体氧化物燃料电池的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)取30g的商业电解质YSZ,加入没过电解质粉体的丙酮作为溶剂、0.6g KD~1作为分散剂,球磨24h,确保电解质粉体颗粒大小均匀,减少粉末的粒径至纳米级,得电解质粉体;
(2)将适量球磨好的YSZ粉体加入到模具中,通过调整螺栓,铺平YSZ粉体,并在220Mpa压力下压成厚度为300um的电解质生坯片,然后将压制好的电解质生坯片在1450℃下预烧结10h达到致密;
(3)浆料的制备:10g钆掺杂氧化铈氧化物Ce0.9Gd0.1O2~δ(GDC)粉体,加入没过粉体的量的丙酮作为溶剂,0.2g的KD~1作为分散剂,球磨3h,然后将GDC:有机粘合剂(含6%乙基纤维素的松油醇)=1:2(质量比)称取加入有机粘合剂,再研磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体,取出40~50℃恒温保存,待丙酮挥发至无味时使用;
(4)半成品电池制备:将步骤(2)中烧结好的致密的电解质YSZ片置于真空旋转涂层机的转台上用于旋涂阻隔层GDC浆料,设定操作参数如下:慢速v1=800r/min,t1=10s;快速v2=3500r/min,t2=30s。往支撑片中心位置滴加适量浆料,打开真空泵运行30s后启动旋涂机进行涂层,涂完第一面后500℃退火保温30min再涂下一面,每一面旋涂1~2遍以保证薄膜的厚度。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;500℃保温30min;然后以3℃/min的速率降至室温;
(5)GDC膜层的烧结:电解质YSZ片两面全部旋涂完后,将涂好膜的电解质支撑体转移到高温炉中1500℃退火,保温3h。预烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1500℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温;
(6)对称电池的制备:在步骤(5)中得到的电池的两面分别刷涂电极涂料,涂抹次数一般为3~4次,电极厚度约为25~35um。
(7)将步骤(5)中的半成品电池压制在步骤(6)中的对称电池上进行烧结,确保电解质和电机烧结时间充分,烧结程序为:升温速率为3℃/min;300℃保温10min;800℃保温10min;1000℃下保温3h;然后以3℃/min的速率降至室温。
性能分析
对上述实施例和对比例制备得到的固体氧化物燃料电池分别在电子扫描显微镜下进行观察,实施例1中SSOFC电池的截面SEM如图1中B所示,SSOFC电池的I-V、I-P曲线如图2中B所示;对比例1中SSOFC电池的截面SEM如图1中A所示,SSOFC电池的I-V、I-P曲线如图2中A所示;实施例2中SSOFC电池的I-V、I-P曲线如图3所示,实施例3中SSOFC电池的I-V、I-P曲线如图4所示,对比例2中SSOFC电池的I-V、I-P曲线如图5所示。
对上述实施例和对比例中制备得到的固体氧化物燃料电池分别进行800℃下开路电压、最高功率密度的测试分析,具体测试结果如下表1所示:
表1实施例和对比例中制备得到的固体氧化物燃料电池性能的比较
Figure BDA0002549160510000121
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
S1,在烧结致密的电解质片上旋涂阻隔层GDC浆料,烧结,得到半成品电池;
S2,将半成品电池压附在待制备的电池上进行烧结,即得;
所述待制备的电池依次包括阴极层、GDC阻隔层、电解质层、GDC阻隔层、阳极层。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,半成品电池压附在待制备电池上烧结时的程序为:升温速率为1~3℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1000℃下保温2~4h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,半成品电池的制备包括以下步骤:
往烧结致密的电解质片其中一面上滴加GDC浆料,真空条件下旋涂均匀,450~550℃退火保温;重复上述操作对电解质片另一面进行旋涂,450~550℃退火保温;将上述双面旋涂后的电解质片1200~1400℃退火保温。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,半成品电池旋涂时的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;450~550℃保温25~35min;然后以2~4℃/min的速率降至室温;
半成品电池双面旋涂后的烧结程序为:升温速率为2~4℃/min;250~350℃保温5~15min;750~850℃保温5~15min;1200~1400℃下保温2~4h;然后以2~4℃/min的速率降至室温。
5.根据权利要求1~4任一项所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,GDC浆料的制备包括以下步骤:
取8~12重量份GDC粉体,加入没过GDC粉体量的丙酮,0.1~0.3重量份KD~1,混合均匀后球磨至KD~1被溶解;
向上述球磨后的原料中添加有机粘合剂,继续球磨至得到乳白色胶状的粘稠液体,有机粘合剂的添加量与GDC粉体的质量比为(1~3):1;
恒温保存至丙酮挥发至无味。
6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,有机粘合剂包括6%乙基纤维素的松油醇。
7.根据权利要求1~4任一项所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,电解质片的制备包括以下步骤:
取25~35重量份电解质,加入没过电解质粉体的丙酮,0.4~0.6重量份的KD~1,混合均匀后球磨,得电解质粉体;
将电解质粉体加入模具中压制成电解质生坯片;
1300~1550℃烧结致密。
8.根据权利要求7所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,电解质粉体压制时的压力为200~250Mpa,电解质生坯片的厚度为250~350um。
9.根据权利要求1~4任一项所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,待制备的电池的制备包括以下步骤:在半成品电池上手涂电极浆料,烧结即得。
10.根据权利要求9所述的固体氧化物燃料电池的制备方法,其特征在于,待制备的电池的电解质层为YSZ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112599826A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 山东科技大学 一种高性能固体氧化物燃料电池及其制备方法
CN113363505A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 一种lscf-gdc核壳结构阴极及其制备方法
CN113540489A (zh) * 2021-05-15 2021-10-22 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 阻隔层浆料、制备方法以及阻隔层制备方法和电池单体

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100886239B1 (ko) * 2007-12-12 2009-02-27 한국생산기술연구원 반응 부산물 발생 억제 방법 및 이를 이용한 고체산화물연료전지와 그 제조방법
CN101378133A (zh) * 2007-08-31 2009-03-04 丹麦技术大学 金属支承的固体氧化物燃料电池
CN103872366A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种金属支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法
CN104916850A (zh) * 2015-04-27 2015-09-16 上海邦民新能源科技有限公司 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法
CN108736051A (zh) * 2018-03-28 2018-11-02 中国矿业大学 一种中温sofc的电解质薄膜阻隔层的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101378133A (zh) * 2007-08-31 2009-03-04 丹麦技术大学 金属支承的固体氧化物燃料电池
KR100886239B1 (ko) * 2007-12-12 2009-02-27 한국생산기술연구원 반응 부산물 발생 억제 방법 및 이를 이용한 고체산화물연료전지와 그 제조방법
CN103872366A (zh) * 2012-12-12 2014-06-18 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种金属支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法
CN104916850A (zh) * 2015-04-27 2015-09-16 上海邦民新能源科技有限公司 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法
CN108736051A (zh) * 2018-03-28 2018-11-02 中国矿业大学 一种中温sofc的电解质薄膜阻隔层的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112599826A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 山东科技大学 一种高性能固体氧化物燃料电池及其制备方法
CN113540489A (zh) * 2021-05-15 2021-10-22 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 阻隔层浆料、制备方法以及阻隔层制备方法和电池单体
CN113363505A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 一种lscf-gdc核壳结构阴极及其制备方法

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