CN202633438U - 一种阳极支撑固体氧化物燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及燃料电池材料技术领域，尤涉及一种阳极支撑固体氧化物燃料电池，依次由阳极支撑层、阳极功能层、燃料侧电解质层、空气侧电解质层以及阴极层组成，所述阳极支撑层、阳极功能层均为氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆层，燃料侧电解质层为氧化钇稳定的氧化锆层，空气侧电解质层为氧化铈或掺杂稀土的氧化铈层。使用氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆作为阳极支撑层及阳极功能层的材料，使用氧化钇稳定的氧化锆和氧化铈或掺杂稀土的氧化铈作为双电解质材料，有效提高单电池的功率密度，提高产品的机械强度及可靠性，降低生产成本，适用于批量化生产。

Description

一种阳极支撑固体氧化物燃料电池
技术领域
本实用新型涉及燃料电池材料技术领域，尤涉及一种阳极支撑固体氧化物燃料电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池是将化学能直接转化为电能的高效全固态电化学能转换装置，其损耗主要集中在电解质材料的内阻损耗。
现有中国专利公告号为CN100479245C公开了一种中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜及其制备方法，该复合膜由氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆复合金属陶瓷阳极和重量比为6～10%氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）或氧化钪稳定的氧化锆（SSZ）或掺杂氧化钆的氧化铈（CGO）电解质层两层组成，通过流延制成，复合膜面积100×100（mm）2以上，电解质厚度10～30μm，阳极厚度0.5～1.5mm。优选阳极由NiO+(6～10)%mol YSZ构成，电解质由8YSZ、SSZ或CGO中的一种构成。
虽然这种复合膜平整并符合使用要求，但存在以下缺点：（1）8YSZ做电解质，离子导电率太低，产品功率密度低。阴极材料易与电解质中的ZrO2（氧化锆）反应影响电池的功率；（2）CGO材料电导率高，但由于易被阳极燃料气体还原，影响可靠性；（3）SSZ离子电导率高，但成本高，而且Sc（钪）在自然界及其稀缺，供应跟不上，无法形成量产；（4）NiO+(6～10)%mol YSZ材料强度低，做支撑体会影响可靠性。
实用新型内容
针对现有技术的缺点，本实用新型提供了一种阳极支撑固体氧化物燃料电池，通过材料及结构设计有效提高单电池的功率密度，提高产品的机械强度及可靠性，降低生产成本，适用于批量化生产。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种阳极支撑固体氧化物燃料电池，其特征在于：依次由阳极支撑层、阳极功能层、燃料侧电解质层、空气侧电解质层以及阴极层组成。
所述阳极支撑层、阳极功能层均为氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆层，燃料侧电解质层为氧化钇稳定的氧化锆层，空气侧电解质层为氧化铈或掺杂稀土的氧化铈层。即所述阳极支撑层的组成为NiO+YSZ，其中，YSZ为2～6mol%氧化钇稳定的氧化锆，所述阳极功能层的组成为NiO+YSZ，其中，YSZ为5～12mol%氧化钇稳定的氧化锆，所述燃料侧电解质层的组成为5～12mol%氧化钇稳定的氧化锆，所述空气侧电解质层的组成为氧化铈或掺杂稀土的氧化铈。
使用NiO（氧化镍）+ 2～6YSZ（2～6mol%钇稳定氧化锆）作为阳极支撑层材料，有效地提高了支撑体及单电池的强度；
使用NiO（氧化镍）+ 5～12YSZ（5～12mol%钇稳定氧化锆）作为阳极功能层材料，有效地提高了三相界面的性能，降低了单电池极化电阻；
使用5～12YSZ（5～12mol%钇稳定氧化锆）和CeO2（氧化铈）或稀土掺杂CeO2作为双电解质材料，并使5～12YSZ（5～12mol%钇稳定氧化锆）靠近阳极侧（燃料侧），CeO2（氧化铈）或稀土掺杂CeO2靠近阴极侧（空气侧），有效地防止阴极与ZrO2（氧化锆）的反应，也有效地防止了燃料气与CeO2（氧化铈）或稀土掺杂CeO2的反应。
其中，所述阴极层可以为镧锶锰、镧锶钴铁、镧锶钴、镧钡钴铁、镧镍铁以及钡钴铁铌中的一种或几种。
可选地，所述阳极支撑层厚度为0.1～1.0mm，阳极功能层厚度为5～30μm，燃料侧电解质层厚度为0.5～15μm，空气侧电解质层厚度为0.5～15μm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型阳极支撑固体氧化物燃料电池，使用钇稳定氧化锆和氧化铈或稀土掺杂的氧化铈作为双电解质材料，并使钇稳定氧化锆靠近阳极侧（燃料侧），氧化铈或稀土掺杂的氧化铈靠近阴极侧（空气侧），有效地防止阴极与氧化锆的反应，也有效地防止了燃料气与氧化铈或稀土掺杂的氧化铈的反应，大大提高了阳极支撑固体氧化物燃料电池的可靠性；
引入低成本材料，使用氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆作为阳极支撑层及阳极功能层材料、氧化钇稳定的氧化锆和氧化铈或稀土掺杂的氧化铈作为双电解质材料，可适于批量化生产。
附图说明
图1为本实用新型阳极支撑固体氧化物燃料电池的剖面图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示为本实用新型阳极支撑固体氧化物燃料电池的实施例，该阳极支撑固体氧化物燃料电池依次由阳极支撑层1、阳极功能层2、燃料侧电解质层3、空气侧电解质层4以及阴极层5组成。其中，阳极支撑层、阳极功能层均为氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆层，燃料侧电解质层为氧化钇稳定的氧化锆层，空气侧电解质层为氧化铈或掺杂稀土的氧化铈层。
上述阳极支撑固体氧化物燃料电池可通过以下方法制备：
首先分别制备阳极支撑层1陶瓷浆料，其成分为1：1的5YSZ（5mol%钇稳定氧化锆）+NiO（氧化镍）；阳极功能层2陶瓷浆料，其成分为1：1的10YSZ（10mol%钇稳定氧化锆）+NiO（氧化镍）；燃料侧电解质层3陶瓷浆料，其成分为10YSZ（10mol%钇稳定氧化锆）；空气侧电解质层4陶瓷浆料，其成分为GOC（镓掺杂氧化铈）；
接着通过流延方法制得阳极支撑层1陶瓷膜带、阳极功能层2陶瓷膜带、燃料侧电解质层3陶瓷膜带以及空气侧电解质层4陶瓷膜带；
然后将阳极支撑层1陶瓷膜带、阳极功能层2陶瓷膜带、燃料侧电解质层3陶瓷膜带以及空气侧电解质层4陶瓷膜带顺次进行叠层压合、烧结，之后在空气侧电解质层上印刷LSCF（镧锶钴铁）阴极层5，最后进行阴极烧结。
由上述制备方法制得阳极支撑固体氧化物燃料电池，其阳极支撑层1厚度为0.5 mm，阳极功能层2厚度为15μm，燃料侧电解质层3厚度为10μm，空气侧电解质层4厚度为10μm。测得电池在800℃时的功率密度：0.45W/cm2，1000hr衰减：0.31%。
本实施例的阳极支撑固体氧化物燃料电池，单电池的功率密度及产品的机械强度，导电能力好，可靠性高，成本低，适于批量化生产；通过薄层流延工艺，既有效降低电解质的厚度，又保证了电解质的致密性。

Claims (3)

1.一种阳极支撑固体氧化物燃料电池，其特征在于：依次由阳极支撑层、阳极功能层、燃料侧电解质层、空气侧电解质层以及阴极层组成。
2.根据权利要求1所述的阳极支撑固体氧化物燃料电池，其特征在于：
所述阳极支撑层、阳极功能层均为氧化镍-氧化钇稳定的氧化锆层，
所述燃料侧电解质层为氧化钇稳定的氧化锆层，
所述空气侧电解质层为氧化铈或掺杂稀土的氧化铈层。
3.根据权利要求1所述的阳极支撑固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述阳极支撑层厚度为0.1～1.0mm，阳极功能层厚度为5～30μm，燃料侧电解质层厚度为0.5～15μm，空气侧电解质层厚度为0.5～15μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683728A (zh) * 2012-05-14 2012-09-19 杨绍华 一种阳极支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法
WO2013173981A1 (zh) * 2012-05-22 2013-11-28 Yang Shaohua 一种阳极支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法
CN111584911A (zh) * 2020-05-11 2020-08-25 合肥学院 一种Fe3O4-BCFN中温复合固体电解质及其制备方法

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