CN114361543A - 一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法，包括固体氧化物燃料电池的生坯，生坯的结构包括：阳极支撑层，厚度为500～800μm；电解质层，厚度为5～40μm；阴极层，厚度为20～100μm；制备方法：S1原料预处理：将氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体放入箱式电阻炉中进行煅烧处理；S2阳极支撑浆料制备：将S1中处理好的氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阳极支撑浆料。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体是涉及一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的发电装置，是继火电、水电、核电之后的第四种发电装置。其通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。
固体氧化物燃料电池(以下简称SOFC)属于第三代燃料电池，是几种燃料电池中，理论能量密度最高的一种，被普遍认为是在未来会得到广泛普及应用的一种燃料电池。目前，SOFC主要有两种结构设计方式：管式和平板式，而国内的研究更多集中在平板式SOFC。平板式SOFC又可分为电解质支撑型、阴极支撑型和阳极支撑型，其中阳极支撑型SOFC综合性能最好，受到的关注最为普遍。
阳极支撑型SOFC的结构一般至少包括阳极、电解质与阴极三层，由于其各层收缩曲线和最终的烧结收缩率不同，在多层共烧时，容易产生较大的应力，并且电池片翘曲程度较大。本发明提供一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法，以解决上述提到的技术问题。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，包括固体氧化物燃料电池的生坯，生坯的结构包括：阳极支撑层，厚度为500～800μm；电解质层，厚度为5～40μm；阴极层，厚度为20～100μm。
进一步的，用于制备所述阳极支撑层的浆料按重量百分比包括：氧化亚镍0～50％、8mol氧化钇稳定氧化锆0～40％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％；用于制备所述电解质层的浆料按重量百分比包括：8mol氧化钇稳定氧化锆0～80％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％。用于制备所述阴极层的浆料按重量百分比包括：镧锶钴铁粉体(LSCF)0～50％、氧化钆掺杂氧化铈(GDC)0～50％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％。
进一步的，所述分散剂包括：鲱鱼鱼油、玉米油、红花油、亚麻籽油、蓖麻油；所述粘结剂包括：聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚氯乙烯(PVC)、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素；所述增塑剂包括：邻苯二甲酸盐类、二丁酯、二辛脂、甘油、磷酸、乙基甲苯磺胺；所述溶剂包括：甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、无水乙醇、乙二醇、丙二醇、乙酸乙酯。
进一步的，所述氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体在使用前需要进行预处理，处理工艺为500～1000℃煅烧1～10小时。
进一步的，一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池制备方法，包括以下步骤：
S1原料预处理：将氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体放入箱式电阻炉中进行煅烧处理。
S2阳极支撑浆料制备：将S1中处理好的氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阳极支撑浆料。
S3阳极支撑浆料流延成型：将步骤S2中的阳极支撑流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阳极支撑层生坯。
S4电解质浆料制备：将S1中处理好的8mol氧化钇稳定氧化锆以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的电解质浆料。
S5电解质浆料流延成型：将步骤S4中的电解质流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池电解质层生坯。
S6阴极浆料制备：将S1中处理好的氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阴极浆料。
S7阴极浆料流延成型：将步骤S6中的阴极流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阴极层生坯。
S8等静压成型：将S3中的阳极支撑层生坯、S5中的电解质层生坯、S7中的阴极层生坯于等静压机中恒温80℃～90℃等静压成型，即可得到固体氧化物燃料电池生坯。
进一步的，固体氧化物燃料电池的生坯煅烧处理包括：室温升温至50℃(升温时长2h)、50℃恒温(恒温时长2h)、50℃升温至80℃(升温时长2h)、80℃恒温(恒温时长2h)、80℃升温至200～400℃(升温时长10h～20h)、200～400℃恒温(恒温时长2h～20h)、200℃～400℃升温至600～800℃(升温时长10h～20h)、600～800℃恒温(恒温时长2h～20h)、600℃～800℃升温至1000～1500℃(升温时长5h～10h)、1000～1500℃恒温(恒温时长2h～10h)、1000～1500℃降温至室温(降温时长10h～20h)。
综上，本发明提供一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池的制备方法，解决了在多层共烧时、容易产生较大的应力的问题，并且很大程度的降低了电池片翘曲的技术问题，提高了燃料电池生产质量。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种用于制备高平整度低应力固体氧化物燃料电池的生坯，包括：阳极支撑层，优选厚度500μm；电解质层，优选厚度20μm；阴极层，优选厚度40μm。
进一步地，所述阳极支撑层的浆料按重量百分比包括：氧化亚镍35％、8mol氧化钇稳定氧化锆35％、蓖麻油1％、PVB 3％、乙基纤维素3％、二丁酯5％、甲苯9％、丁酮5％、无水乙醇4％；所述电解质层的浆料按重量百分比包括:8mol氧化钇稳定氧化锆65％、蓖麻油1％、PVA 2％、PVB 3％、邻苯二甲酸丁酯5％、丁酮24％；所述阴极层的浆料按重量百分比包括:镧锶钴铁粉体(LSCF)32％、氧化钆掺杂氧化铈(GDC)32％、蓖麻油0.5％、甲基纤维素5.5％、甘油5％、丙酮15％、无水乙醇10％。
一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池制备方法，包括以下步骤：
S1原料预处理：将氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体放入箱式电阻炉中进行煅烧处理。
S2阳极支撑浆料制备：将S1中处理好的氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆以及蓖麻油、PVB、乙基纤维素、二丁酯、甲苯、丁酮、无水乙醇放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阳极支撑浆料。
S3阳极支撑浆料流延成型：将步骤S2中的阳极支撑流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阳极支撑层生坯。
S4电解质浆料制备：将S1中处理好的8mol氧化钇稳定氧化锆以及蓖麻油、PVA、PVB、邻苯二甲酸丁酯、丁酮放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的电解质浆料。
S5电解质浆料流延成型：将步骤S4中的电解质流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池电解质层生坯。
S6阴极浆料制备：将S1中处理好的氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体以及蓖麻油、甲基纤维素、甘油、丙酮、无水乙醇放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阴极浆料。
S7阴极浆料流延成型：将步骤S6中的阴极流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阴极层生坯。
S8等静压成型：将S3中的阳极支撑层生坯、S5中的电解质层生坯、S7中的阴极层生坯于等静压机中恒温85℃等静压成型，即可得到固体氧化物燃料电池生坯。
进一步的，固体氧化物燃料电池的生坯煅烧处理包括：室温升温至50℃(升温时长2h)、50℃恒温(恒温时长2h)、50℃升温至80℃(升温时长2h)、80℃恒温(恒温时长2h)、80℃升温至400℃(升温时长15h)、400℃恒温(恒温时长2h)、400℃升温至800℃(升温时长10h)、800℃恒温(恒温时长2h)、800℃升温至1250℃(升温时长10h)、1250℃恒温(恒温时长4h)、1250℃降温至室温(降温时长20h)。
实施例2
一种用于制备高平整度低应力固体氧化物燃料电池的生坯，包括：阳极支撑层，优选厚度600μm；电解质层，优选厚度30μm；阴极层，优选厚度30μm。
进一步地，所述阳极支撑层的浆料按重量百分比包括：氧化亚镍40％、8mol氧化钇稳定氧化锆30％、蓖麻油0.5％、PVB 3％、乙基纤维素3％、邻苯二甲酸甲酯5.5％、甲苯10％、丁酮6％、无水乙醇2％。所述电解质层的浆料按重量百分比包括:8mol氧化钇稳定氧化锆65％、蓖麻油0.5％、PVA 2.5％、PVB 3％、邻苯二甲酸苄酯5％、丁酮24％。所述阴极层的浆料按重量百分比包括:镧锶钴铁粉体(LSCF)32％、氧化钆掺杂氧化铈(GDC)32％、蓖麻油0.5％、PVB 5.5％、甘油5％、甲苯15％、丙酮10％。
一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池制备方法，包括以下步骤：
S1原料预处理：将氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体放入箱式电阻炉中进行煅烧处理。
S2阳极支撑浆料制备：将S1中处理好的氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆以及蓖麻油、PVB、乙基纤维素、二丁酯、甲苯、丁酮、无水乙醇放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阳极支撑浆料。
S3阳极支撑浆料流延成型：将步骤S2中的阳极支撑流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阳极支撑层生坯。
S4电解质浆料制备：将S1中处理好的8mol氧化钇稳定氧化锆以及蓖麻油、PVA、PVB、邻苯二甲酸丁酯、丁酮放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的电解质浆料。
S5电解质浆料流延成型：将步骤S4中的电解质流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池电解质层生坯。
S6阴极浆料制备：将S1中处理好的氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体以及蓖麻油、甲基纤维素、甘油、丙酮、无水乙醇放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阴极浆料。
S7阴极浆料流延成型：将步骤S6中的阴极流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阴极层生坯。
S8等静压成型：将S3中的阳极支撑层生坯、S5中的电解质层生坯、S7中的阴极层生坯于等静压机中恒温85℃等静压成型，即可得到固体氧化物燃料电池生坯。
进一步的，固体氧化物燃料电池的生坯煅烧处理包括：室温升温至50℃(升温时长2h)、50℃恒温(恒温时长2h)、50℃升温至80℃(升温时长2h)、80℃恒温(恒温时长2h)、80℃升温至400℃(升温时长15h)、450℃恒温(恒温时长2h)、450℃升温至900℃(升温时长10h)、900℃恒温(恒温时长2h)、900℃升温至1280℃(升温时长10h)、1280℃恒温(恒温时长4h)、1280℃降温至室温(降温时长20h)。
Claims (6)
1.一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括固体氧化物燃料电池的生坯，生坯的结构包括：阳极支撑层，厚度为500～800μm；电解质层，厚度为5～40μm；阴极层，厚度为20～100μm。
2.根据权利要求1所述一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，用于制备所述阳极支撑层的浆料按重量百分比包括：氧化亚镍0～50％、8mol氧化钇稳定氧化锆0～40％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％；用于制备所述电解质层的浆料按重量百分比包括：8mol氧化钇稳定氧化锆0～80％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％。用于制备所述阴极层的浆料按重量百分比包括：镧锶钴铁粉体(LSCF)0～50％、氧化钆掺杂氧化铈(GDC)0～50％、分散剂0～1％、粘结剂0～10％、增塑剂0～10％、溶剂10％～35％。
3.根据权利要求2所述一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述分散剂包括：鲱鱼鱼油、玉米油、红花油、亚麻籽油、蓖麻油；所述粘结剂包括：聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚氯乙烯(PVC)、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素；所述增塑剂包括：邻苯二甲酸盐类、二丁酯、二辛脂、甘油、磷酸、乙基甲苯磺胺；所述溶剂包括：甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、无水乙醇、乙二醇、丙二醇、乙酸乙酯。
4.根据权利要求2所述一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体在使用前需要进行预处理，处理工艺为500～1000℃煅烧1～10小时。
5.根据权利要求1所述一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括以下步骤：
S1原料预处理：将氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆、氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体放入箱式电阻炉中进行煅烧处理。
S2阳极支撑浆料制备：将S1中处理好的氧化亚镍、8mol氧化钇稳定氧化锆以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阳极支撑浆料。
S3阳极支撑浆料流延成型：将步骤S2中的阳极支撑流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阳极支撑层生坯。
S4电解质浆料制备：将S1中处理好的8mol氧化钇稳定氧化锆以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的电解质浆料。
S5电解质浆料流延成型：将步骤S4中的电解质流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池电解质层生坯。
S6阴极浆料制备：将S1中处理好的氧化钆掺杂氧化铈、镧锶钴铁粉体以及分散剂、粘结剂、增塑剂、溶剂放入预混合设备中，混合均匀后，将混合好的原材料进一步放入球磨机中研磨，研磨结束，得到可供流延的阴极浆料。
S7阴极浆料流延成型：将步骤S6中的阴极流延浆料于流延机中进行流延成型，干燥完全后，裁切成特定大小即可得到固体氧化物燃料电池阴极层生坯。
S8等静压成型：将S3中的阳极支撑层生坯、S5中的电解质层生坯、S7中的阴极层生坯于等静压机中恒温80℃～90℃等静压成型，即可得到固体氧化物燃料电池生坯。
6.根据权利要求1所述一种高平整度低应力固体氧化物燃料电池，其特征在于，固体氧化物燃料电池的生坯煅烧处理包括：室温升温至50℃(升温时长2h)、50℃恒温(恒温时长2h)、50℃升温至80℃(升温时长2h)、80℃恒温(恒温时长2h)、80℃升温至200～400℃(升温时长10h～20h)、200～400℃恒温(恒温时长2h～20h)、200℃～400℃升温至600～800℃(升温时长10h～20h)、600～800℃恒温(恒温时长2h～20h)、600℃～800℃升温至1000～1500℃(升温时长5h～10h)、1000～1500℃恒温(恒温时长2h～10h)、1000～1500℃降温至室温(降温时长10h～20h)。
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