CN114933487B - 一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法 - Google Patents

一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法，通过在扁管支撑体相互平行的两个平面丝网印刷两组电池组集，电池组集可以由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成，也可以由多个单电池串联组成的U型电池组间通过外部导线并联集成，实现最大限度地利用了扁管支撑体相互平行的两个平面，增加电池的排布量，从而提升了电池的体积功率，同时，U型电池组的电池排布在增加单电池排布量的同时，还缩短了扁管支撑体的轴向力矩，增强了燃料电池的抗弯强度，且采用丝网印刷技术有效提高了电池组集在支撑体上的成膜速度，有效提高制备效率，简化制备方法，节约制备成本，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。

Description

一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及 电池堆的制备方法
技术领域
本发明涉及能源结构优化与固体氧化物燃料电池领域，特别是涉及一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法。
背景技术
目前，固体氧化物燃料电池的结构设计方式主要分为平板式与管式两种。平板式燃料电池结构易于设计，制备工艺简单，制造成本低，内阻小，电流路径短，功率密度大。但常面临密封条件苛刻问题，其原因在于电池组件边缘要求严格密封用于隔离燃气与空气，密封材料工作环境介于500-800℃，对材料本身的耐热性与抗氧化性是重大的挑战。管式燃料电池结构是最早发展的一种方式，也是目前较为成熟的一种结构。管式燃料电池可完全规避板式燃料电池在密封方面所面临的问题，由于开口端可密封于低温区，电池工作温度可进一步提升，有利于电池输出更高的功率表现出更加稳定的性能。其缺点在于管式燃料电池内部阴极侧电流传导路径较长、内阻损耗较大，进而影响实际输出功率密度与输出效率，制备工艺复杂等。
扁管固体氧化物燃料电池结合了平板与管式固体氧化物燃料电池的设计，既保留了管式一定的密封性能，又改善了电流收集路径，是一种应用于小型化设备的设计。
但是，现有扁管支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)的制备方法中，大多采用两端开口的扁管支撑体，燃气利用效率低，且现有的大部分扁管式电池功能层只覆盖扁管一面，体积功率密度不高，若扁管两面都制备电极功能层，则电流收集较为复杂。
发明内容
为解决上述相关技术中存在的技术问题，本申请提供一种一端自密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法，以解决扁管式固体氧化物燃料电池体积功率密度不高的问题，同时，该方法有效提高电池组集在支撑体上的成膜速度，有效提高制备效率，简化制备方法，节约制备成本，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。
具体发明内容如下：
第一方面，本发明提供一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将第一支撑体粉末铺放于模腔底部中间区域，将第二支撑体粉末铺放于模腔底部边缘区域，形成第二支撑体粉末包围第一支撑体粉末的第一陶瓷粉末层；其中，所述第一支撑体粉末的铺放面积大于所述第一陶瓷粉末层面积的90％；
S2、在所述第一陶瓷粉末层上方的中间区域放置流道填充体，并在所述流道填充体的孔洞及周边铺放所述第一支撑体粉末，在所述模腔边缘区域铺放所述第二支撑体粉末，得到支撑体复合粉末体；其中，所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放高度相同，且大于所述流道填充体的高度，所述第一支撑体粉末铺放面积大于所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放面积的90％；
S3、对所述支撑体复合粉末体进行压制，得到支撑体坯体；
S4、在所述支撑体坯体的上表面制备第一电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，在所述支撑体坯体的下表面制备第二电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，得到一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体；其中，所述上表面和所述下表面为所述支撑体坯体相互平行的两个表面，所述第一电池组集和所述第二电池组集由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成，或，由多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成，所述单电池包括阳极汇流层、阳极层、电解质层、阴极层以及阴极汇流层，所述单电池之间通过连接体连接，所述阳极集流极包括阳极汇流层、阳极层和电解质层，所述阴极集流极包括阴极层和阴极汇流层；
S5、对所述一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体进行预烧与焙烧，得到一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池；
其中，所述第一支撑体粉末由陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂混合得到，所述第二支撑体粉末由陶瓷粉末与粘结剂混合得到；所述流道填充体的形状呈蛇形块体，或，栅形块体。
可选地，所述陶瓷粉末为ZrO2、CaTiO3、CaO、Y2O3、MgO、MgAl2O4、TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO中的一种或多种组合；
所述造孔剂为石墨、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸氢铵以及蔗糖中的任意一种；
所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种；
所述第一支撑体粉末中，所述陶瓷粉末的粒径为0.5μm-10μm；
所述陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂的质量比为90～65:5～15:5～20；
所述第二支撑体粉末中，所述陶瓷粉末与粘结剂的质量比为95～85:5～10；所述陶瓷粉末的粒径为0.5μm-5μm；
所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的粒径为50μm-300μm。
可选地，压制所述支撑体复合粉末体的压力取值范围为50MPa～200Mpa；
所述预烧的温度范围为100℃～600℃；所述预烧时间为1h～10h；
所述焙烧的温度范围为1150℃～1500℃，所述焙烧时间为4h～6h。
可选地，所述流道填充体通过流道填充体粉末压制成型或模压并激光加工成型，所述流道填充体粉末为PMMA、碳酸氢铵、淀粉、蔗糖以及碳粉中的一种或几种。
可选地，所述步骤S4中，所述第一电池组集或所述第二电池组集的制备方法包括如下子步骤：
S41、在所述上表面或下表面间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成阳极汇流层；在所述下表面分别间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阳极汇流层；
S42、在每一个所述阳极汇流层表面印刷阳极层浆料，干燥后形成多个所述阳极层；
S43、在每一个所述阳极层表面印刷电解质层浆料，干燥后形成多个所述电解质层；其中，所述电解质层的一端部分覆盖所述阳极层，另一端与所述支撑体坯体的表面接触，每一个所述阳极汇流层与对应的一个所述阳极层和对应的一个所述电解质层形成多个单电池中间体；
S44、在相邻的所述单电池中间体的间隔处印刷连接体浆料，干燥后形成多个所述连接体；其中，所述连接体的一端覆盖与其相邻的一个单电池中间体裸露的阳极层，另一端覆盖裸露的支撑体坯体，并进一步部分覆盖另一个相邻的单电池中间体的电解质层；
S45、在每一个所述电解质层表面印刷阴极浆料，干燥后形成多个所述阴极层；其中，每一个所述阴极层部分覆盖对应的一个所述电解质层并进一步部分覆盖对应的一个所述连接体；
S46、在每一个所述阴极层表面印刷阴极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阴极汇流层。
可选地，当所述流道填充体为蛇形块体时，所述第一电池组集和所述第二电池组集由所述多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成；
所述制备方法还包括：对所述第一电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第一电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极；
对所述第二电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第二电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
可选地，当所述流道填充体为栅形块体时，所述第一电池组集和所述第二电池组集由所述多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成；
所述制备方法还包括：每一个所述单电池串联组成的U型电池组的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极；对每一个所述单电池串联组成的U型电池组的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
可选地，所述印刷为丝网印刷，所述丝网印刷的丝网目数为80-350目，刮刀速度为5cm/s，刮刀角度为55-85°；
所述阳极汇流层浆料包含阳极汇流粉末，所述阳极汇流粉末由质量比为6：4的NiO与5YSZ组成；
所述电解质浆料包含电解质粉末，所述电解质粉末由YSZ、GDC、BZCY、LSGM、ScSZ中的至少一种组成；
所述阳极浆料包含阳极粉末，所述阳极粉末由质量比为6：4的NiO与所述电解质材料组成；
所述连接体浆料包含连接体粉末，所述连接体粉末为La0.7Sr0.3TiO3或La0.8Sr0.2CrO3；
所述阴极浆料包含阴极粉末，所述阴极粉末由质量比为1：1的所述电解质粉末和La0.7Sr0.3MnO3、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、Sm0.8Sr0.2CoO3中的任意一种组成；
所述阴极汇流层包含阴极汇流层粉末，所述阴极汇流层粉末由体积比为1：1的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4组成。
可选地，所述阳极汇流层的厚度为150μm-250μm；
所述阳极层厚度为10μm-30μm；
所述电解质层厚度为10μm-20μm；
所述阴极层厚度为10μm-30μm；
所述阴极汇流层的厚度为150μm-250μm。
第二方面，本发明提供了一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆的制备方法，将两个或两个以上上述第一方面所述方法制备得到的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的开口端固定在电池堆基座，得到所述一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆。
相较于相关技术，本发明提供的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法至少具有以下优点：
1、本发明的制备方法中，采用压制成型工艺可实现复杂形状流道支撑体的快速制备以及一体化成型。
2、本发明的制备方法中，通过丝网印刷制备电池组集的各个电极功能层，适用于从超小型电池组集到大面积各种尺度的电池组集的印刷，便于从实验级纽扣电池快速放大至多组串联的一端自密封陶瓷扁管支撑燃料电池；同时，可通过变换丝网目数或印刷次数来控制膜厚，使膜层厚度的可调节范围较大；实现多批次一体化印刷制备电池功能层，提高成膜速度，有效提高制备效率。
3、通过本发明制备方法制备得到的一端自密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构不同于传统扁管支撑电池，多组电池串联排布在陶瓷扁管支撑体上，提高了电池温度场分布均匀性，通过合理的单电池排列布局设计，实现了电流在高温封闭端回流，在低温端的有效收集；此外，一端自密封的电池结构可在更高温度下使用，进一步提高其输出性能，有效解决了固体氧化物燃料电池中极化损耗较大、电流收集困难、成本造价较高以及电池长期运行稳定性差等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法的流程图；
图2示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的A-A线剖面结构示意图；
图3示出了本发明实施例制备的流道填充体坯体结构示意图；
图4示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构上表面(下表面)上的电池分布示意图；
图5示出了本发明实施例制备的流道填充体坯体结构示意图；
图6示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构上表面(下表面)上的电池分布示意图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或者条件，按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
由于固体氧化物燃料电池与固体氧化物电解池是一对结构型式相同、工作过程相逆的能量转化装置，本发明结构同样适用于一种固体氧化物电解池结构。
为解决扁管式固体氧化物燃料电池体积功率密度不高的问题，本发明提出的技术构思为：通过在扁管支撑体相互平行的两个平面丝网印刷两组电池组集(两组电池组集相互独立)，电池组集可以由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成，也可以由多多个单电池串联组成的U型电池组间通过外部导线并联集成，实现最大限度地利用了扁管支撑体相互平行的两个平面，增加电池的排布量，从而提升了电池的体积功率，同时，U型电池组的电池排布在增加单电池排布量的同时，还缩短了扁管支撑体的轴向力矩，增强了燃料电池的抗弯强度，且采用丝网印刷技术有效提高了电池组集在支撑体上的成膜速度，有效提高制备效率，简化制备方法，节约制备成本，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。
基于上述技术构思，本发明提供了一种多组串联自密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法，具体实施内容如下：
第一方面，本发明提供一种多组串联自密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法，图1示出了本发明施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法的流程图，如图1所示，所述制备方法包括如下S1-S5步骤：
S1、将第一支撑体粉末铺放于模腔底部中间区域，将第二支撑体粉末铺放于模腔底部边缘区域，形成第二支撑体粉末包围第一支撑体粉末的第一陶瓷粉末层，其中，所述第一支撑体粉末的铺放面积大于所述第一陶瓷粉末层面积的90％；所述第一支撑体粉末由陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂混合得到，所述第二支撑体粉末由陶瓷粉末与粘结剂混合得到；
S2、在所述第一陶瓷粉末层上方的中间区域放置流道填充体，并在所述流道填充体的孔洞及周边铺放所述第一支撑体粉末，在所述模腔边缘区域铺放所述第二支撑体粉末，得到支撑体复合粉末体，其中，所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放高度相同，且大于所述流道填充体的高度，所述第一支撑体粉末铺放面积大于所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放面积的90％；所述流道填充体的形状呈蛇形块体，或，栅形块体；
S3、对所述支撑体复合粉末体进行压制，得到支撑体坯体；其中，压制支撑体复合粉末体的压力取值范围为50MPa～200MPa。
具体实施时，本发明首先制备一种具有两个相互平行的上下表面的陶瓷扁管支撑体，该支撑体是由边缘致密陶瓷结构包围中间多孔陶瓷结构形成，使支撑体的四周边缘形成致密支撑体区域，减少后期电池/电解池的密封工作量。因此，本发明用于制备陶瓷扁管支撑体的粉末有两种配方，分别为：由陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂混合得到的第一支撑体粉末，和由陶瓷粉末与粘结剂混合得到的第二支撑体粉末。其中，使用第一支撑体粉末(不含造孔剂)制备致密陶瓷结构区域，使用第二支撑体粉末(含有造孔剂)制备多孔陶瓷结构区域，且本发明尽可能增加第二支撑体粉末的铺放量，以增大多孔陶瓷结构区域的面积，从而增加单电池的排布量，提高电池/电解池的体积功率密度。
在一些实施方式中，所述陶瓷粉末为ZrO2、CaTiO3、CaO、Y2O3、MgO、MgAl2O4、TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO中的一种或多种组合；所述造孔剂为石墨、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸氢铵以及蔗糖中的任意一种；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种；
具体实施时，为保证气体流道中的燃料气体能够顺利扩散和传输到阳极层表面发生反应，需要设计支撑体的多孔陶瓷区域的孔隙率为15％～60％，致密陶瓷区域的孔隙率小于7％，当孔隙率小于7％时，可以认为该孔隙为闭孔。因此，本发明提供的第一支撑体粉末和第二支撑体粉末的粒径为50μm-300μm；并且，第一支撑体粉末中，陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂的质量比为90～65:5～15:5～20，陶瓷粉末的粒径为0.5μm-10μm，造孔剂粒径1～5μm；第二支撑体粉末中，陶瓷粉末与粘结剂的质量比为95～85:5～10，陶瓷粉末的粒径为0.5μm-5μm，以此保证由第二支撑体粉末制备得到的多孔陶瓷区域的孔隙在15％～60％之间。
在一些实施方式中，流道填充体可以通过流道填充体粉末压制成型或模压并激光加工成型，且，流道填充体的制备材料可以在高温下烧除，因此，制备材料可以为PMMA、碳酸氢铵、淀粉、蔗糖以及碳粉中的一种或几种。以使被稍后的支撑体坯体内部形成气体流道。
S4、在所述支撑体坯体的上表面制备第一电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，在所述支撑体坯体的下表面制备第二电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，得到一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体；其中，所述上表面和所述下表面为所述支撑体坯体相互平行的两个表面，所述第一电池组集和所述第二电池组集由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成，或，由多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成，所述单电池包括阳极汇流层、阳极层、电解质层、阴极层以及阴极汇流层，所述单电池之间通过连接体连接，所述阳极集流极包括阳极汇流层、阳极层和电解质层，所述阴极集流极包括阴极层和阴极汇流层。
具体实施时，本实施步骤S4中，支撑体坯体的上下两个表面制备的电池组集是由多个U型串联的电池组进一步串联或并联集成，如此排布可以在提高电池/电解池的体积功率密度的同时，大大缩短了扁管支撑体的长度，减小了扁管支撑体的轴向力矩，有效提高了电池/电解池整体结构的抗弯强度，防止由于电池长度增加引起的弯曲及断裂问题。
具体实施时，本实施步骤S4中，在支撑体坯体的上下两个表面制备好连接体时，由于阴极层和阴极汇流层的耐受温度低于阳极层、阳极汇流层、电解质层以及连接体，因此，在阳极汇流层、阳极层、电解质层以及连接体制备完成后，需要先对电池/电解池半成品进行一次预烧和焙烧，其中，预烧的温度为100℃～600℃，预烧时间为1h～10h焙烧的温度为1250℃～1600℃，焙烧的时间为4h～6h，以得到支撑体与电解质层充分收缩的半成品；然后再在充分收缩的半成品的上下表面继续制备阴极层以及阴极汇流层。
在一些实施方式中，所述第一电池组集或所述第二电池组集的制备方法包括如下子步骤：
S41、在所述上表面或下表面间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成阳极汇流层；在所述下表面分别间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阳极汇流层，阳极汇流层的厚度为150μm-250μm。
在本实施例步骤S41中，阳极汇流层浆料中包含阳极汇流粉末，阳极汇流粉末由质量比为6：4的NiO与5YSZ组成，其中，5YSZ代表氧化钇的摩尔比为5％的氧化钇稳定的氧化锆。
S42、在每一个所述阳极汇流层表面印刷阳极层浆料，干燥后形成多个所述阳极层，所述阳极层厚度为10μm-30μm。
在本实施例步骤S42中，阳极浆料包含阳极粉末，阳极粉末由质量比为6：4的NiO与所述电解质材料组成，电解质粉末由YSZ、GDC、BZCY、LSGM、ScSZ中的至少一种组成。其中，YSZ代表氧化钇稳定的氧化锆；GDC代表钆掺杂氧化铈；BZCY代表钇掺杂锆铈酸钡；LSGM代表镁掺杂镓酸镧；ScSZ代表氧化钪稳定氧化锆。
S43、在每一个所述阳极层表面印刷电解质层浆料，干燥后形成多个所述电解质层；其中，所述电解质层厚度为10μm-20μm，所述电解质层的一端部分覆盖所述阳极层，另一端与所述支撑体坯体的表面接触，每一个所述阳极汇流层与对应的一个所述阳极层和对应的一个所述电解质层形成多个单电池中间体。
在本实施例步骤S43中，电解质浆料包含电解质粉末，电解质粉末由YSZ、GDC、BZCY、LSGM、ScSZ中的至少一种组成。
S44、在相邻的所述单电池中间体的间隔处印刷连接体浆料，干燥后形成多个所述连接体；其中，所述连接体的一端覆盖与其相邻的一个单电池中间体裸露的阳极层，另一端覆盖裸露的支撑体坯体，并进一步部分覆盖另一个相邻的单电池中间体的电解质层。
在本实施例步骤S44中，连接体浆料包含连接体粉末，连接体粉末为La0.7Sr0.3TiO3或La0.8Sr0.2CrO3。
S45、在每一个所述电解质层表面印刷阴极浆料，干燥后形成多个所述阴极层；其中，每一个所述阴极层部分覆盖对应的一个所述电解质层并进一步部分覆盖对应的一个所述连接体，所述阴极层厚度为10μm-30μm。
在本实施例步骤S45中，阴极浆料包含阴极粉末，阴极粉末由质量比为1：1的所述电解质粉末和La0.7Sr0.3MnO3、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、Sm0.8Sr0.2CoO3中的任意一种组成。
S46、在每一个所述阴极层表面印刷阴极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阴极汇流层，所述阴极汇流层的厚度为150μm-250μm。
在本实施例步骤S46中，阴极汇流层包含阴极汇流层粉末，阴极汇流层粉末由体积比为1：1的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4组成。
具体实施时，图2示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的A-A线剖面结构示意图，如图2所示，单电池之间通过连接体连接，单电池结构包括阳极汇流层、阳极层、电解质层、阴极层以及阴极汇流层，其中，阳极汇流层(氢电极导电层)和阴极汇流层(空气极导电层)的引入实现电流能够更好的集流。
具体实施时，电池组集的排布方式与气体流道形状保持一致时，能够更好的提高燃料气体在阳极层的反应效率，增加积功率密度。因此，当电池组集由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成时，气体流道为蛇形流道。具体地，图3示出了本发明实施例制备的流道填充体坯体结构示意图；形状呈为蛇形块体，图4示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构上表面(下表面)上的电池分布及集流示意图，具体地，第一(第二)电池组集的制备过程中，第一个单电池位于流道填充体坯体的进气口坯体部分对应的支撑体坯体的上表面(下表面)所在处，第一(第二)电池组集的最后一个单电池位于流道填充体坯体的出气口坯体部分对应的支撑体坯体的上表面(下表面)所在处，组成第一(第二)电池组集的所有单电池的呈蛇形(多组U型电池组)依次间隔排布于支撑体坯体的上表面(下表面)。进一步地，阳极集流极与电池组集的第一个单电池串联连接，阴极集流极与电池组集的最后一个单电池串联连接(图5中未示出)，具体的集流极制备方法包括：对所述第一电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第一电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极；对所述第二电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第二电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
在一种实施方式中，电池组集由多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成，气体流道为栅形流道，图5示出了本发明实施例制备的流道填充体坯体结构示意图；形状呈为栅形块体，图6示出了本发明实施例制备的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池结构上表面(下表面)上的电池分布及集流示意图，具体地，第一(第二)电池组集的制备过程中，第一个单电池位于流道填充体坯体的进气口坯体部分对应的支撑体坯体的上表面(下表面)所在处，第一(第二)电池组集的最后一个单电池位于流道填充体坯体的出气口坯体部分对应的支撑体坯体的上表面(下表面)所在处，第一(第二)电池组集的所有单电池均匀的分为多组U型电池组(多组U型串联的电池组通过外部导线实现并联)，依次间隔排布于支撑体坯体的上表面(下表面)。进一步地，每一个U型电池组的第一个单电池与阳极集流极串联连接，每一个U型电池组的最后一个单电池与阴极集流极串联连接(图6中未示出)，具体的集流极制备方法包括：每一个所述单电池串联组成的U型电池组的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极；对每一个所述单电池串联组成的U型电池组的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
在一些实施方式中，电池组集通过丝网印刷技术制备得到，采用丝网印刷方式(原料利用率约为90％以上，而喷涂方式原料利用率为30％)在支撑体相表面进行电池组集的制备，后期经进一步烧结，即可达到扁管支撑固体氧化物燃料电池的批量生产需求，有效提高原料使用率，降低制造成本，有利于商业化批量生产。其中，丝网印刷的丝网目数为80-350目，刮刀速度为5cm/s，刮刀角度为55-85°。
S5、对所述多组串联陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体进行预烧与焙烧，得到多组串联陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池；
具体实施时，本实施例步骤S5中，完整的多组串联陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体制备完成后，需要进行二次预烧和焙烧，以实现阴极层以及阴极汇流层在被烧过程中与电解质层紧密结合，保证密封部分的密封效果，其中，实施例步骤S5中的预烧的温度范围为100℃～600℃；预烧时间为1h～10h；焙烧的温度范围为1150℃～1500℃，焙烧的时间为4h～6h。
本发明通过对制备得到的陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池坯体进行一次成型烧制(对支撑体以及支撑体上的单电池组采用一次烧结，共烧成型)，其中，预烧过程是一个排胶的过程，是在一定的温度条件下将管状支撑固体氧化物燃料电池坯体在制备过程用用到的造孔剂、胶剂、有机质等物质去除，进一步获得结构更加稳定的管状支撑固体氧化物燃料电池坯体，以防止不经预烧而直接共烧成型，造成管状支撑固体氧化物燃料电池坯体因高温发生断裂。一次成型烧制能够使支撑体坯体、连接体和电解质层在预烧与焙烧过程中同时获得充分收缩，避免支撑体坯体与电池组集分别烧结情况下，烧结温度不一致导致的组成元件开裂问题。此外，一次成型烧制简化了陶瓷扁管支撑固体氧化物燃料电池/电解池的制造工艺。并且，本发明经一次成型烧制后，得到的陶瓷扁管支撑固体氧化物燃料电池/电解池中，贯通气孔率为10％～40％，满足燃料气体能够充分扩散到达阳极层。
第二方面，本发明提供了一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆的制备方法，将两个或两个以上上述第一方面所述方法制备得到的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的开口端固定在电池堆基座，得到所述一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实例对于本发明进一步进行阐述，同时电解池与燃料电池为互逆的能量转化装置且具有相同的功能层分布。因此，本申请的实施例以燃料电池为例进行阐述。
实施例1
本发明实施例如下，将通过实施例更详细地描述本发明。以下描述无意限制本发明。本发明固体氧化物燃料电池用支撑体为一端封闭的陶瓷扁管管状结构，示意图如图2、图4所示。
根据本发明描述固体氧化物燃料电池支撑体的制造过程。构成扁管的材料包括CSZ、聚乙烯醇缩丁醛石墨和组成的第一支撑体粉末(各组成间质量比为95：5：5)，以及CSZ和聚乙烯醇缩丁醛组成的第二支撑体粉末，粒径均为D50＝50μm，第一支撑体粉末和第二支撑体粉末中均加入酒精充分混合4-6h，80℃烘干研磨，过筛备用，过筛后混合颗粒粒径D50＝200μm。将第一支撑体粉末铺放于模腔底部中间区域，边缘铺放第二支撑体粉末，其中第一支撑体粉末占据铺放面积的90％，完全铺放后，未压支撑体粉末层厚度为6mm，将激光切割的蛇形流道填充体铺放在第一支撑体粉末铺放区域上且不与第二支撑体粉末铺放区域重叠接触，其中流道填充体成分为碳酸氢铵，重复前述粉末铺放过程完全覆盖流道填充体，完全铺放后，未压制支撑体粉末层总厚度为12mm，通过压制成型制备出宽度80mm，厚10mm，长度250mm的一端封闭的陶瓷扁管中间多孔边缘致密的陶瓷扁管支撑体坯体，其中压力300MPa，保压时间不少于3min。对于CSZ粉末的粒径大小，可以使用上述范围内的颗粒大小，通过粉末颗粒的大小粒径配比，颗粒之间的收缩程度不同，烧制后支撑体的孔隙率发生变化，为了获得所需的孔隙率，通过选择颗粒的大小实现。通过烧制制备的多孔支撑体因应用而异，通常厚度8-10mm，表面支撑壁厚1～2mm，长度为240-300mm。优选多孔区孔隙率在20-50％的范围内，更优选为30-40％；致密区显气孔率在1％-5％范围内。
此时，通过丝网印刷方法在支撑体的表面形成阳极汇流层、阳极、电解质、连接体，与支撑体一起烧制。烧制后，支撑体的长度会发生变化，因此，在烧制过程中多孔支撑体的收缩率优选在5％-10％的范围内，更优选为6％-7％。多孔支撑体的收缩率过小，电解质膜的收缩率过大，二者收缩率不匹配使电解质层开裂。
具体地，使用丝网印刷的方法在支撑管表面制备阳极汇流层，涂覆范围如图2、图4所示。阳极汇流层的主要成分为50wt％NiO和5YSZ(质量比为6:4)，2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用NiO和5YSZ的粒径均为200nm。阳极汇流层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备阳极汇流层，所用丝网目数优选为100目，刮刀速度5cm/s,阳极汇流层厚度为150μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块阳极汇流层尺寸为18×10mm，相邻两个阳极汇流层间隔为2mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在阳极汇流层上制备阳极功能层，涂覆范围如图2、图4所示。阳极功能层的主要成分为50wt％NiO和8YSZ(质量比为6:4)，2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用NiO和8YSZ的粒径均为200nm。阳极功能层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备阳极功能层，所用丝网目数优选为180目，刮刀速度优选5cm/s,阳极功能层厚度为30μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块阳极尺寸为18×10mm，相邻两块阳极间隔为2mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在阳极功能层上制备电解质层，涂覆范围如图2、图4所示。电解质层的主要成分为45wt％的8YSZ及2.75wt％粘结剂，0.55wt％分散剂，51.7wt％有机溶剂，所用8YSZ的粒径为D50＝100nm。电解质层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备电解质层，所用丝网目数优选为300目，刮刀速度优选5cm/s,电解质层厚度为25±3μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块电解质尺寸为18×10mm，相邻两节电解质间隔为2mm，沿电池排列方向电解质未覆盖的阳极宽度为1mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在电解质层上制备连接体层，涂覆范围如图2、图4所示。连接体层的主要成分为40wt％的La0.7Sr0.3TiO3及3wt％粘结剂，1wt％分散剂以及56wt％有机溶剂，所用La0.7Sr0.3TiO3的粒径为100nm。连接体层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备连接体层，所用丝网目数优选为250目，刮刀速度优选5cm/s,连接体层厚度为150±2μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块连接体长度为3mm。
干燥后，1℃/min升温至300℃空气中排胶4h，从300℃以1℃/min的升温速率至600℃排胶8h，然后在空气中以2℃/min的升温速率于1450℃下保温4小时烧结成型。
通过与上述阳极功能层的印刷方法相同的操作，阴极浆料的主要成分为质量比1:1的La0.8Sr0.2MnO3和8YSZ，在连接体及电解质上方印刷阴极浆料，阴极功能层厚度为10±3μm，于80℃干燥。每块阴极尺寸为18.5×10mm，相邻两节阴极间隔为1.5mm。
在干燥后的阴极表面通过丝网印刷制备50wt％体积比为1：1的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4阴极汇流层及2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4的粒径为300-500nm。汇流层浆料经混合均匀后便可进行丝网印刷制备汇流层，所用丝网目数优选为80目，刮刀速度优选5cm/s,汇流层厚度为200±3μm,印刷完毕后于80℃干燥。
干燥后，1℃/min升温至300℃空气中排胶4h，从300℃以1℃/min的升温速率至600℃排胶8h，然后在空气中以2℃/min的升温速率于1150℃下保温4小时烧结成型，成型后电池上下平面表面分布由50个单电池全部串联的电池组，每列电池排布中由5个单电池串联连接，共10列进行串联。
实施例2
根据本发明描述固体氧化物燃料电池支撑体的制造过程。构成扁管的材料包括CSZ、聚乙烯吡咯烷酮和碳酸氢铵组成的第一支撑体粉末(各组成间质量比为95：5：5)，以及CSZ和聚乙烯吡咯烷酮组成的第二支撑体粉末，粒径均为D50＝50μm，第一支撑体粉末和第二支撑体粉末中均加入酒精充分混合4-6h，80℃烘干研磨，过筛备用，过筛后混合颗粒粒径D50＝200μm。将第一支撑体粉末铺放于模腔底部中间区域，边缘铺放第二支撑体粉末，其中第一支撑体粉末占据铺放面积的90％，完全铺放后，未压支撑体粉末层厚度为6mm，将激光切割的蛇形流道填充体铺放在第一支撑体粉末铺放区域上且不与第二支撑体粉末铺放区域重叠接触，其中流道填充体成分为碳酸氢铵，重复前述粉末铺放过程完全覆盖流道填充体，完全铺放后，未压制支撑体粉末层总厚度为12mm，通过压制成型制备出宽度80mm，厚10mm，长度250mm的一端封闭的陶瓷扁管中间多孔边缘致密的陶瓷扁管支撑体，其中压力300MPa，保压时间不少于3min。对于CSZ粉末的粒径大小，可以使用上述范围内的颗粒大小，通过粉末颗粒的大小粒径配比，颗粒之间的收缩程度不同，烧制后支撑体的孔隙率发生变化，为了获得所需的孔隙率，通过选择颗粒的大小实现。通过烧制制备的多孔支撑体因应用而异，通常厚度8-10mm，表面支撑壁厚1～2mm，长度为240-300mm。优选多孔区孔隙率在20-50％的范围内，更优选为30-40％；致密区显气孔率在1％-5％范围内。
此时，通过丝网印刷方法在支撑体的表面形成阳极汇流层、阳极、电解质、连接体，与支撑体一起烧制。烧制后，支撑体的长度会发生变化，因此，在烧制过程中多孔支撑体的收缩率优选在5％-10％的范围内，更优选为6％-7％。多孔支撑体的收缩率过小，电解质膜的收缩率过大，二者收缩率不匹配使电解质层开裂。
具体地，使用丝网印刷的方法在支撑管表面制备阳极汇流层，涂覆范围如图3所示。阳极汇流层的主要成分为50wt％NiO和5YSZ(质量比为6:4)，2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用NiO和5YSZ的粒径均为200nm。阳极汇流层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备阳极汇流层，所用丝网目数优选为100目，刮刀速度5cm/s,阳极汇流层厚度为150μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块阳极汇流层尺寸为18×10mm，相邻两个阳极汇流层间隔为2mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在阳极汇流层上制备阳极功能层，涂覆范围如图3所示。阳极层的主要成分为50wt％NiO和BZCY(质量比为6:4)，2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用NiO和BZCY的粒径均为200nm。阳极功能层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备阳极功能层，所用丝网目数优选为180目，刮刀速度优选5cm/s,阳极功能层厚度为30μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块阳极尺寸为18×10mm，相邻两块阳极间隔为2mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在阳极功能层上制备电解质层，涂覆范围如图3所示。电解质层的主要成分为45wt％的BZCY及2.75wt％粘结剂，0.55wt％分散剂，51.7wt％有机溶剂，所用BZCY的粒径为D50＝100nm。电解质层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备电解质层，所用丝网目数优选为300目，刮刀速度优选5cm/s,电解质层厚度为25±3μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块电解质尺寸为18×10mm，相邻两节电解质间隔为2mm，沿电池排列方向电解质未覆盖的阳极宽度为1mm。
具体地，使用丝网印刷的方法在电解质层上制备连接体层，涂覆范围如图3所示。连接体层的主要成分为40wt％的La0.7Sr0.3TiO3及3wt％粘结剂，1wt％分散剂以及56wt％有机溶剂，所用La0.7Sr0.3TiO3的粒径为100nm。连接体层浆料经球磨4h后便可进行丝网印刷制备连接体层，所用丝网目数优选为250目，刮刀速度优选5cm/s,连接体层厚度为150±2μm,印刷完毕后于80℃干燥。每块连接体长度为3mm。
干燥后，1℃/min升温至300℃空气中排胶4h，从300℃以1℃/min的升温速率至600℃排胶8h，然后在空气中以2℃/min的升温速率于1450℃下保温4小时烧结成型。
具体地，通过与上述阳极功能层的印刷方法相同的操作，阴极浆料的主要成分为质量比1:1的La0.8Sr0.2MnO3和BZCY，在连接体及电解质上方印刷阴极浆料，阴极功能层厚度为10±3μm，于80℃干燥。每块阴极尺寸为18.5×10mm，相邻两节阴极间隔为1.5mm。
在干燥后的阴极表面通过丝网印刷制备50wt％体积比为1：1的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4阴极汇流层及2.5wt％粘结剂，0.5wt％分散剂，47wt％有机溶剂，所用La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4的粒径为300-500nm。汇流层浆料经混合均匀后便可进行丝网印刷制备汇流层，所用丝网目数优选为80目，刮刀速度优选5cm/s,汇流层厚度为200±3μm,印刷完毕后于80℃干燥。
干燥后，1℃/min升温至300℃空气中排胶4h，从300℃以1℃/min的升温速率至600℃排胶8h，然后在空气中以2℃/min的升温速率于1150℃下保温4小时烧结成型，成型后电池上下平面上分布5组电池组，每组电池组中由两列每列5个电池组成，每组电池组中共20个单电池串联，最终通过外部导线将每个平面上的5组电池组进行并联连接。
以上对本发明所提供的一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆的制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将第一支撑体粉末铺放于模腔底部中间区域，将第二支撑体粉末铺放于模腔底部边缘区域，形成第二支撑体粉末包围第一支撑体粉末的第一陶瓷粉末层；其中，所述第一支撑体粉末的铺放面积大于所述第一陶瓷粉末层面积的90%；
S2、在所述第一陶瓷粉末层上方的中间区域放置流道填充体，并在所述流道填充体的孔洞及周边铺放所述第一支撑体粉末，在所述模腔边缘区域铺放所述第二支撑体粉末，得到支撑体复合粉末体；其中，所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放高度相同，且大于所述流道填充体的高度，所述第一支撑体粉末铺放面积大于所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的铺放面积的90%；
S3、对所述支撑体复合粉末体进行压制，得到支撑体坯体；
S4、在所述支撑体坯体的上表面制备第一电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，在所述支撑体坯体的下表面制备第二电池组集、阳极集流极、和阴极集流极，得到一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体；其中，所述上表面和所述下表面为所述支撑体坯体相互平行的两个表面，所述第一电池组集和所述第二电池组集由多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成，或，由多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成，所述单电池包括阳极汇流层、阳极层、电解质层、阴极层以及阴极汇流层，所述单电池之间通过连接体连接，所述阳极集流极包括阳极汇流层、阳极层和电解质层，所述阴极集流极包括阴极层和阴极汇流层；
S5、对所述一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池坯体进行预烧与焙烧，得到一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池；
其中，所述第一支撑体粉末由陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂混合得到，所述第二支撑体粉末由陶瓷粉末与粘结剂混合得到；所述流道填充体的形状呈蛇形块体，或，栅形块体；当所述流道填充体为蛇形块体时，所述第一电池组集和所述第二电池组集由所述多个单电池串联组成的U型电池组间串联集成；当所述流道填充体为栅形块体时，所述第一电池组集和所述第二电池组集由所述多个单电池串联组成的U型电池组间并联集成；
所述步骤S4中，所述第一电池组集或所述第二电池组集的制备方法包括如下子步骤：
S41、在所述上表面或下表面间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成阳极汇流层；在所述下表面分别间隔印刷阳极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阳极汇流层；
S42、在每一个所述阳极汇流层表面印刷阳极层浆料，干燥后形成多个所述阳极层；
S43、在每一个所述阳极层表面印刷电解质层浆料，干燥后形成多个所述电解质层；其中，所述电解质层的一端部分覆盖所述阳极层，另一端与所述支撑体坯体的表面接触，每一个所述阳极汇流层与对应的一个所述阳极层和对应的一个所述电解质层形成多个单电池中间体；
S44、在相邻的所述单电池中间体的间隔处印刷连接体浆料，干燥后形成多个所述连接体；其中，所述连接体的一端覆盖与其相邻的一个单电池中间体裸露的阳极层，另一端覆盖裸露的支撑体坯体，并进一步部分覆盖另一个相邻的单电池中间体的电解质层；
S45、在每一个所述电解质层表面印刷阴极浆料，干燥后形成多个所述阴极层；其中，每一个所述阴极层部分覆盖对应的一个所述电解质层并进一步部分覆盖对应的一个所述连接体；
S46、在每一个所述阴极层表面印刷阴极汇流层浆料，干燥后形成多个所述阴极汇流层；
所述印刷为丝网印刷，所述丝网印刷的丝网目数为80-350目，刮刀速度为5cm/s，刮刀角度为55-85°；
压制所述支撑体复合粉末体的压力取值范围为50~200MPa；
所述预烧的温度范围为100℃~600℃；所述预烧时间为1h~10h；
所述焙烧的温度范围为1150℃~1500℃，所述焙烧时间为4h~6h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末为ZrO2、CaTiO3、CaO、Y2O3、MgO、MgAl2O4、TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO中的一种或多种组合；
所述造孔剂为石墨、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸氢铵以及蔗糖中的任意一种；
所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种；
所述第一支撑体粉末中，所述陶瓷粉末的粒径为0.5μm-10μm；
所述陶瓷粉末、粘结剂与造孔剂的质量比为90~65:5~15:5~20；
所述第二支撑体粉末中，所述陶瓷粉末与粘结剂的质量比为95~85:5~10；所述陶瓷粉末的粒径为0.5μm-5μm；
所述第一支撑体粉末和所述第二支撑体粉末的粒径为50μm-300μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流道填充体通过流道填充体粉末压制成型或模压并激光加工成型，所述流道填充体粉末为PMMA、碳酸氢铵、淀粉、蔗糖以及碳粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述流道填充体为蛇形块体时，所述制备方法还包括：对所述第一电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第一电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极；
对所述第二电池组集中的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极，对所述第二电池组集中的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述流道填充体为栅形块体时，所述制备方法还包括：每一个所述单电池串联组成的U型电池组的第一个单电池的阳极汇流层、阳极层以及电解质层进行延伸，形成所述阳极集流极；对每一个所述单电池串联组成的U型电池组的最后一个单电池的阴极层和阴极汇流层进行延伸，形成所述阴极集流极。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述阳极汇流层浆料包含阳极汇流粉末，所述阳极汇流粉末由质量比为6：4的NiO与5YSZ组成；
所述电解质层浆料包含电解质粉末，所述电解质粉末由YSZ、GDC、BZCY、LSGM、ScSZ中的至少一种组成；
所述阳极层浆料包含阳极粉末，所述阳极粉末由质量比为6：4的NiO与电解质材料组成；
所述连接体浆料包含连接体粉末，所述连接体粉末为La0.7Sr0.3TiO3或La0.8Sr0.2CrO3；
所述阴极浆料包含阴极粉末，所述阴极粉末由质量比为1：1的所述电解质粉末和La0.7Sr0.3MnO3、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ、Sm0.8Sr0.2CoO3中的任意一种组成；
所述阴极汇流层包含阴极汇流层粉末，所述阴极汇流层粉末由体积比为1：1的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ与Mn1.5Co1.5O4组成。
7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述阳极汇流层的厚度为150μm-250μm；
所述阳极层厚度为10μm-30μm；
所述电解质层厚度为10μm-20μm；
所述阴极层厚度为10μm-30μm；
所述阴极汇流层的厚度为150μm-250μm。
8.一种一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆的制备方法，其特征在于，将两个或两个以上由权利要求1-7任一项所述方法制备得到的一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池的开口端固定在电池堆基座，得到所述一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池堆。
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