CN114204044A - 具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 - Google Patents
具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114204044A CN114204044A CN202010982022.8A CN202010982022A CN114204044A CN 114204044 A CN114204044 A CN 114204044A CN 202010982022 A CN202010982022 A CN 202010982022A CN 114204044 A CN114204044 A CN 114204044A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anode
- raw material
- layer
- blank
- drying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 10
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 3
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910021525 ceramic electrolyte Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明提供一种具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法。首先将阳极支撑体粉体原料中加入液体原料进行混合，得到混合料；然后采用挤出压型法、等静压法、注射法、注浆法或者3D打印法，利用混合料制备阳极支撑层坯体；最后将坯体进行干燥、烧结处理。该方法简单易行，坯体具有较高强度，不易损坏，利于搬运，利用胚体得到的成品结构均匀，产品质量良品率高，并且生产成本低，利于自动化生产。
Description
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种具有对称阴极结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型发电装置，其基本结构包括致密的陶瓷电解质，多孔阳极以及多孔阴极，阳极中通入燃料，阴极中通入氧化剂气体，通过电解质与电极三相界面处的电化学反应产生电子，形成外部电子回路，最终产生电能与热能。
根据内部结构，固体氧化物燃料电池可分为圆管型、平板型等。其中根据强度支撑分类，平板型固体氧化物燃料电池主要包括电解质支撑、阳极支撑以及阴极支撑三种类型。但是，这些结构的平板型固体氧化物燃料电池存在尺寸小、制作难度大、强度低、热应力高等问题，从而影响了电池寿命，导致无法达到商业化的要求。
为此，中国专利ZL201510104627.6提出一种具有对称结构的平板型固体氧化物燃料电池，该电池结构设计为以支撑电极层为中心的上下分布型，并且支撑电极层具有中空孔洞结构，其周围侧面设置开口端，便于将气体从支撑电极层周围侧面通入该中空孔洞。该电池的对称结构不仅有利于在电池烧结过程中保持电池的平整性，而且在电池运行时产生的热应力能够得到有效抵消，从而可大幅度减小热应力，降低电解质与电极受到损伤，具有良好的应用前景。因此，如何低成本、高效率地制备该具有对称结构的平板型固体氧化物燃料电池是本领域技术人员研究的课题之一，而具有中空孔洞结构的支撑电极层的制备又是其中重要的步骤。
目前，一般采用将支撑电极的粉体原料放入模具中干压成型，或称模压成型的方法制备该具有中空孔洞结构的支撑电极层，但是该方法主要存在如下缺点：
(1)坯体脱模时易破裂，成品率低
由于压制所用的原料为陶瓷粉体，含水量低，干压以后陶瓷坯体的强度不高，不利于脱模和搬运。同时，干压成型的方式对粉体的流动性要求比较高，否则易造成坯体密度不够或坯体不同部位密度不均匀，干燥时侧向收缩特别大，对制品的高温下电学性能影响很大。
(2)成型效率低
干压成型过程中，压头对模具施压时如果加压过快，坯体中的气体不容易排出，如果保压时间过短，坯体不易成型，因此对加压速度与保压时间对成型的效率影响很大，要求具有一定的加压速度和保压时间，不利于大批量的工业化生产。
(3)支撑体尺寸大小受限制
由于干压设备对模具的限制，导致模具尺寸不能过大，因此压制出的陶瓷坯体尺寸受到一定限制，无法压制大尺寸的支撑体。
(4)支撑体内壁较厚
由于干压成型的坯体强度较小，要求坯体各部分的厚度不能太小，而对称结构的平板型固体氧化物燃料电池中的支撑电极层应尽量薄，以利于燃料的扩散传导，因此采用干压成型的方法无法满足该需求。
(5)模具制作要求较高
干压成型方法中采用的模具成本较高，对模具的精度要求较高，生产一定时间后，模具会产生一定的磨损和变形，需要对模具进行精修或更换模具，成本较高。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法，该电池结构设计为以支撑电极层为中心的上下分布型，并且支撑电极层具有中空孔洞结构，其周围侧面设置开口端，便于将气体从支撑电极层周围侧面通入该中空孔洞。
即，本发明的技术方案为：一种具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法；
所述电池中，支撑阳极层、电解质层以及阴极层沿厚度方向上下层叠；电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极支撑层的上表面，第二电解质层位于阳极支撑层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；阳极支撑层设置中空孔洞，该中空孔洞在阳极支撑层的侧面具有开口端。
该方法包括如下步骤：
(1)将阳极支撑体粉体原料中加入液体原料进行混合，得到混合料；
所述的阳极支撑体粉体原料的组份及其含量如下：
氧化镍粉体 35-60％
氧化钇稳定氧化锆粉体(YSZ) 40-60％
造孔剂 3-10％
所述液体原料的组份及其含量如下：
塑化剂 10-35％
分散剂 1-15％
消泡剂 5-10％
润滑剂 1-25％
去离子水 60-85％
(2)采用挤出压型法、等静压法、注射法、注浆法或者3D打印法，利用步骤(1)得到的混合料制备阳极支撑层坯体，所述坯体具有中空孔洞结构，其周围侧面设置开口端；
(3)将所述坯体进行干燥处理，然后进行烧结处理。
所述步骤(1)中，作为优选，阳极支撑体粉体原料的颗粒尺寸小于或者等于150nm。
所述步骤(1)中，作为一种实现方式，阳极支撑体粉体原料的制备方法为：将固体的阳极原料按所述配比加入研磨罐中，加入一定量去离子水和/或酒精，使固体在悬浮液中的含量不低于50％，研磨时间不低于8h；然后，将球磨以后的悬浮液置入脱水容器中，滤除水和/或酒精后静置并烘干，使液相充分排出。
所述步骤(1)中，造孔剂不限，优选为PMMA微球、石墨、淀粉等造孔剂。
所述步骤(1)中，作为优选，阳极粉体原料与液体原料的质量比为10:(1-4)。
所述步骤(1)中，所述混合料根据阳极粉体原料与液体原料的质量比可作为挤出成型用泥料、注射用浆料以及打印用料等。作为优选，泥料在使用过程中含水量为10％-25％。
所述步骤(2)中，采用挤出压型法时，作为优选，挤出速度控制在0.5-0.8m/min，挤出温度控制在15-25℃，挤出压力根据产品尺寸进行调整，一般控制在3-4MPa。
所述步骤(3)中，作为优选，首先选择干燥温度为60-70℃并且保持一定的湿度干燥一定时间，使水分缓慢的排出，避免干燥收缩引起变形，然后选择干燥温度为100℃-200℃进行干燥，使水分完全排出。
所述步骤(3)中，作为优选，烧结温度为800-1100℃。
所述步骤(3)中，作为优选，烧结时间为1-2h。
与现有技术相比，本发明将阳极支撑体粉体原料与液体原料进行混合，液体原料中包含塑化剂、分散剂，通过阳极粉体原料与液体原料的配方设计，通过挤压成型、等静压法、注射法、注浆法或者3D打印法得到混合料，采用挤出压型、等静压法、注射法、注浆法或者3D打印法制备阳极支撑层坯体，然后通过干燥、烧结制得成品，具有如下有益效果：
(1)本发明中，原料由阳极粉体原料与液体原料组成，制得的坯体具有较高强度，不易损坏，利于搬运；然后利用胚体得到的成品结构均匀，产品质量良品率高。
(2)本发明中，制备工艺各部分均可实现自动化，简单易行，适合工业化生产，产量大，成本低。
附图说明
图1是本发明实施例1采用挤压成型法制得的平板型固体氧化物燃料电池中的阳极支撑电极。其中，左图为通过挤压成型法挤出后的坯体，右图为高温烧结后的坯体。
图2是本发明实施例1中制备的阳极支撑体内部微观结构。
图3是采用实施例1中的阳极支撑体制备的全电池的I-V曲线
图4是本次发明实施例2中制备的阳极支撑体内部微观结构。
图5是本次发明实施例3中制备的阳极支撑体内部微观结构。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，对称结构平板型固体氧化物燃料电池以阳极为支撑电极层，呈上下对称分布结构。即，电解质层分为两层，分别位于阳极支撑层的上下表面，阴极也分为两层，分别位于两层电解质层的表面，并且阳极层设置用于气体通入的孔洞，该孔洞在阳极层的侧面具有开口端。
该设计以支撑电极层为中心，工作状态时，气体自该侧面开口通入阳极支撑电极层内部孔洞，然后扩散到上下两侧后，发生电化学反应的三相界面位于支撑电极层的上下两侧。
其中，阳极支撑层坯体尺寸为160*60*12mm，制备方法如下：
(1)阳极支撑体粉体原料按照重量百分比计
氧化镍粉体 40.5％
3％氧化钇稳定氧化锆粉体(3YSZ) 49.5％
PMMA微球(造孔剂) 10％
该阳极支撑体粉体原料的制备如下：
将上述原料的各固体组份按配比加入球磨罐中，加入一定量去离子水或酒精，使固体物在悬浮液中的含量不低于50％，进行球磨，球磨时间不低于8h，取样测研磨粒度，颗粒尺寸小于150nm的比例不低于90％。
将球磨后的悬浮液置入脱水容器中，滤除水或酒精分后静置1h，并在50℃下的烘房中烘干，使液相充分排出。
(2)将步骤(1)球磨脱水后的阳极粉体原料置入陶瓷捏合机中，以喷雾方式加入液体原料进行捏合，得到泥料，其中阳极粉体原料与液体原料的质量比为10:2，液体原料的组份及其含量如下：
然后，将泥料置入真空练泥机中练泥，真空度不低于-0.3MPa，反复泥料炼制5-8次，使泥料充分塑化。将塑化完成后的泥料放入低温密闭的储存室中20-36h后使用，泥料在使用过程中含水量控制在10％-25％(根据空气的湿度调整)。
(3)采用螺旋真空挤出成型机，将步骤(2)得到的泥料置于该挤出成型机中，泥料经真空挤出成型机喷嘴挤出至接物台，得到坯体。挤出速度为0.5-0.8m/min，挤压室的外部采用冷却水循环冷却，挤出温度控制在15-25℃，内部挤出压力为3-4MPa。
接物台为平整橡胶传送带，表面光滑干净且与喷嘴处于同一水平位置，皮带向前传送的速度与喷嘴出料的速度一致，避免挤出的坯体与传送带产生摩擦，保证坯体的完整无内伤并切割成所需要的长度。
得到的坯体具有中空孔洞结构，其周围侧面设置开口端，如图1中的左图所示。
(4)将坯体放置在表面铺设纤维布的平整多孔铝板上，推入低温烘房进行第一次干燥，烘房温度控制在60-70℃，并保持一定的湿度，干燥5h，使水分缓慢的排出一部分，避免干燥收缩引起变形。随后将坯体推入高温烘房干燥，烘房的温度为150℃，同样干燥5h，使水分完全排出。
(5)将干燥好的坯体在推板窑中烧成，在800-1100℃下烧结，烧成区的时间1-2h。烧结前将坯体横向立起排列，并在每块阳极支撑体之间放入陶瓷卡子，使每块相互隔开，用于坯体烧结时互不影响且不易变形。高温烧结后的坯体如图1中的右图所示，呈具有中空孔洞结构，并且侧面具有开口端的平整结构。
将烧结后的坯体微观结构表征，其电镜照片如图2所示，可以看出微观结构气孔均匀，利于气体传输。
将上述制得的阳极支撑体分别烧结活性阳极、电解质、阴极层制备成全电池，将电池在750℃还原后放电，电池的I-V曲线如图3所示，通入氢气开路电压为1.01V，电池密封良好，氢气和流量空气分别为0.6sccm、5.0sccm时，电池最大功率密度达到160mW/cm2，制备的阳极支撑体可以在实际中应用。
实施例2：
本实施例中，对称结构平板型固体氧化物燃料电池结构与实施例1中的固体氧化物燃料电池结构相同。
本实施例中，利用注射法制备该对称结构平板型固体氧化物燃料电池的阳极支撑体，方法如下：
(1)阳极支撑体粉体原料按照重量百分比计如下：
氧化镍粉体 40.5％
3％氧化钇稳定氧化锆粉体(3YSZ) 49.5％
石墨(造孔剂) 10％
该阳极支撑体粉体原料的制备方法与实施例1中的步骤(1)相同。
(2)将步骤(1)球磨脱水后的阳极粉体原料置入陶瓷捏合机中，以喷雾方式加入液体原料进行捏合，得到浆料，其中阳极粉体原料与液体原料的质量比为10:4，液体原料的配方如下：
将原料按配方混合均匀，确保所得的浆料有较强流动性和均一的悬浮性。浆料迅速地注射入石膏模具中，10-15min后，坯体失去部分水分后结构强度增加，脱模后干燥，其干燥程序与实施例1步骤(4)中相同，坯体烧结工艺与实施例1中的步骤(5)相同。
图4为烧结后的坯体微观结构，可以看出，坯体内部气孔分布均匀，利于气体在支撑体内部扩散。
实施例3：
本实施例中，对称结构平板型固体氧化物燃料电池结构与实施例1中的固体氧化物燃料电池结构相同。
本实施例中，利用3D打印法成型方法制备该对称结构平板型固体氧化物燃料电池的阳极支撑体，方法如下：
(1)阳极支撑体粉体原料按照重量百分比计如下：
氧化镍粉体 53％
3％氧化钇稳定氧化锆粉体(3YSZ) 41.5％
淀粉(造孔剂) 5.5％
该阳极支撑体粉体原料的制备方式与实施例1中的步骤(1)相同。
(2)将步骤(1)球磨脱水后的阳极粉体原料置入陶瓷捏合机中，以喷雾方式加入液体原料进行捏合，得到浆料，其中阳极粉体原料与液体原料的质量比为10:3，液体原料的配方如下：
将对称结构平板型固体氧化物燃料电池支撑体的CAD三维模型导入到软件中，通过调整参数，层层堆积打印，打印完成后取出坯体干燥，干燥步骤与实施例1中的步骤(4)相同，坯体烧结与实施例1中的步骤(5)相同。
图5为烧结后的坯体微观结构，可以看出，坯体内部气孔分布均匀，利于燃料在支撑体内部扩散，表明此种方法能获得良好的支撑体坯体，且成品有较高的合格率。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法，所述电池中，支撑阳极层、电解质层以及阴极层沿厚度方向上下层叠；电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于阳极支撑层的上表面，第二电解质层位于阳极支撑层的下表面；阴极层包括第一阴极层与第二阴极层，第一阴极层位于第一电解质层的上表面，第二阴极层位于第二电解质层的下表面；阳极支撑层设置中空孔洞，该中空孔洞在阳极支撑层的侧面具有开口端；
其特征是：所述制备方法包括如下步骤：
(1)将阳极支撑体粉体原料中加入液体原料进行混合，得到混合料；
所述的阳极支撑体粉体原料的组份及其含量如下：
氧化镍粉体35-60％
氧化钇稳定氧化锆粉体40-60％
造孔剂3-10％
所述液体原料的组份及其含量如下：
(2)采用挤出压型法、等静压法、注射法、注浆法或者3D打印法，利用步骤(1)得到的混合料制备阳极支撑层坯体，所述坯体具有中空孔洞结构，其周围侧面设置开口端；
(3)将所述坯体进行干燥处理，然后进行烧结处理。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中，阳极支撑体粉体原料的颗粒尺寸小于或者等于150nm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中，阳极支撑体粉体原料的制备方法为：将固体的阳极原料按所述配比加入球磨罐中，加入一定量去离子水和/或酒精，进行球磨；然后，将球磨以后的悬浮液置入脱水容器中，滤除水和/或酒精后静置并烘干。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中，阳极粉体原料与液体原料的质量比为10:(1-4)。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中，造孔剂为PMMA微球、石墨、淀粉中的一种或者几种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(2)中，采用挤出压型法时，挤出速度控制在0.5-0.8m/min，挤出温度控制在15-25℃。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(2)中，采用挤出压型法时，挤出压力控制在3-4MPa。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中，首先选择干燥温度为60-70℃并且保持一定的湿度干燥一定时间，使水分缓慢的排出，然后选择干燥温度为100℃-200℃进行干燥。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中，烧结温度为800-1100℃。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述步骤(3)中，烧结时间为1-2h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010982022.8A CN114204044A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010982022.8A CN114204044A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114204044A true CN114204044A (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=80644881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010982022.8A Pending CN114204044A (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114204044A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306954A (zh) * | 2008-07-01 | 2008-11-19 | 华南理工大学 | 多孔陶瓷支撑体的制备方法 |
| KR20120064523A (ko) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 한국과학기술연구원 | 구형 기공 전구체를 이용한 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체와 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법 |
| JP2012209152A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Aisin Seiki Co Ltd | アノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| KR20130019171A (ko) * | 2011-08-16 | 2013-02-26 | 한국에너지기술연구원 | 고성능을 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지 |
| CN107180978A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-09-19 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体及其制备方法 |
| US20180019493A1 (en) * | 2016-07-18 | 2018-01-18 | Northwestern University | Three dimensional extrusion printed electrochemical devices |
| CN107959036A (zh) * | 2016-10-14 | 2018-04-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种平板型结构的固体氧化物燃料电池的制备方法 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010982022.8A patent/CN114204044A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101306954A (zh) * | 2008-07-01 | 2008-11-19 | 华南理工大学 | 多孔陶瓷支撑体的制备方法 |
| KR20120064523A (ko) * | 2010-12-09 | 2012-06-19 | 한국과학기술연구원 | 구형 기공 전구체를 이용한 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체와 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법 |
| JP2012209152A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Aisin Seiki Co Ltd | アノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
| KR20130019171A (ko) * | 2011-08-16 | 2013-02-26 | 한국에너지기술연구원 | 고성능을 나타내는 원통형 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체의 제조방법, 이를 사용하여 제조된 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체 및 이를 포함하는 원통형 고체산화물 연료전지 |
| US20180019493A1 (en) * | 2016-07-18 | 2018-01-18 | Northwestern University | Three dimensional extrusion printed electrochemical devices |
| CN107959036A (zh) * | 2016-10-14 | 2018-04-24 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种平板型结构的固体氧化物燃料电池的制备方法 |
| CN107180978A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-09-19 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| YANLEI RU，等: ""Durability of direct internal reforming of methanol as fuel for solid oxide fuel cell with double-sided cathodes"", 《INTERNATIONAL JOURNAL O F HYDROGEN ENERGY》, vol. 45, pages 7069 - 7076, XP086053648, DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.12.222 * |
| 王涵多，等: ""挤出成型法制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池"", 《硅酸盐学报》, vol. 39, no. 7, pages 1140 - 1144 * |
| 马铁成，等: "《陶瓷工艺学》", 中国轻工业出版社, pages: 333 - 334 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103236548B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池的多孔阳极支撑体的制备方法 | |
| CN101306954B (zh) | 多孔陶瓷支撑体的制备方法 | |
| CN102593478B (zh) | 多层薄膜固体氧化物燃料电池的制备方法 | |
| CN112436171B (zh) | 一种固体电解质支撑体及其制备方法和应用 | |
| CN107180978B (zh) | 一种管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体及其制备方法 | |
| CN103151548A (zh) | Al2O3-YSZ电解质膜的固体氧化物燃料电池及其制备方法 | |
| KR101341969B1 (ko) | 세그먼트형 고체산화물 연료전지 서브모듈, 이의 제조방법 및 이를 이용한 세그먼트형 고체산화물 연료전지 모듈 | |
| CN1328218C (zh) | 一种薄陶瓷膜片的制备方法 | |
| CN103319182B (zh) | 一种高性能固体氧化物电解池支撑体 | |
| CN109585914B (zh) | 氧化物固态电解质薄片的制备方法及采用该方法制备的固态电池 | |
| KR101092754B1 (ko) | 고체산화물 연료전지의 연료극 및 그 제조방법 | |
| KR101222867B1 (ko) | 구형 기공 전구체를 이용한 고체산화물 연료전지용 연료극 지지체와 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법 | |
| CN112250437B (zh) | 一种氧电极支撑的固体氧化物电解电池及其制备方法 | |
| CN109216740A (zh) | 一种中空对称sofc电池的阳极支撑体及其制备方法 | |
| CN2884547Y (zh) | 一种平板型电极支撑固体氧化物燃料电池 | |
| CN107611461A (zh) | 一种固体氧化物燃料电池的制备方法 | |
| CN114204044A (zh) | 具有对称结构的阳极支撑型固体氧化物燃料电池中支撑阳极的制备方法 | |
| KR100660218B1 (ko) | 고체산화물 연료전지용 음극재의 제조방법 | |
| CN107275657A (zh) | 一种固体氧化物燃料电池阳极支撑体的简易制备方法 | |
| CN101847734B (zh) | 一种制备管式固体氧化物燃料电池的方法 | |
| CN100355137C (zh) | 固体氧化物电解质薄膜的滤涂制备方法 | |
| CN113270591A (zh) | 一种阳极支撑sofc电解质薄膜的制备方法 | |
| JP2004022207A (ja) | 粉体のプレス成形方法および燃料電池セパレータの製造方法ならびに燃料電池セパレータ | |
| CN113937318B (zh) | 一种电解质支撑型固体氧化物燃料单元电池的制程方法 | |
| KR101341970B1 (ko) | 세그먼트형 고체산화물 연료전지용 평관형 지지체의 제조방법 및 그 지지체 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |