[发明专利]固体氧化物燃料电池三合一电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程领域的等离子喷涂方法，用于固体氧化物燃料电池核心部件的制备。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)以其固态结构、高能量转换效率和对燃料气广泛适应性等特点，已成为各国研究开发的热点之一。但是，现有制造技术流程长且效率低、制造成本高、产品性能可靠性差、废品率高、功率与体积不相兼顾、部件之间的热匹配性差等问题阻碍了其商业化发展。促进SOFC的商业化，不仅需要研究SOFC材料组分，同时也向SOFC结构系统设计、材料制备与成形加工分离的传统制造模式提出了挑战。

根据SOFC长时间稳定运行对各部件的性能要求，利用成膜工艺来成形其核心部件，必须保证：膜结构能够符合电解质层薄而致密，电极多孔的性能要求；工艺可操作性强，重复性好；成膜效率高，成本低廉，污染小，适合大规模商业化生产。目前已有采用常规大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying，APS)工艺制备阳极、阴极和连接板的报道，见衣宝廉：“燃料电池—高效、环境友好的发电方式”，北京、化学工业出版社，2000，5-8。但是，与大气等离子喷涂相配套的采用气体输送固态粉末方式难以应用纳米及微细粉末进行大气等离子喷涂，存在以下几个缺点：1)微细粒子由于粒子表面的吸附性流动性差，导致很难实现均匀送粉；2)比重轻的微细粒子不易送入焰流中心，难以实现对粒子均匀加热；3)微细粒子在高温热作用条件下，容易发生相结构转变和晶粒长大。以上因素决定了大气等离子喷涂层的层状微结构特点，一般厚度约100μm-1mm，孔隙率1-20％，难以制备要求高致密度的电解质层。因此如何制备薄而致密(15-30μm)的8％(摩尔分数)氧化钇稳定氧化锆(8YSZ，Zirconium Oxide Stabilized Yttrium Trioxide)电解质层已成为目前SOFC研究的核心问题之一，见P.Fauchais，V.Rat，C.Delbos，et al.Understanding of suspension DC plasma spraying of finely structuredcoatings for SOFC[J].IEEE Transactions on Plasma Science，2005，33(2)：920-930。目前，已见采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering)、化学浸渗致密化热处理或其它补充工艺改善和提高其性能的相关研究，见Khor，K.A.，Yu，L.G.，Chan，S.H.，et al.Densification of plasma sprayed YSZelectrolytes by spark plasma sintering.Journal of the European CeramicSociety，2003，23(11)：1885-1863；杨洪伟，栾伟玲，涂善东；“等离子喷涂技术的新进展”，表面技术，2005，34(6)：7-9；李成新，宁先进，李长久，等离子喷涂结合致密化工艺制备SOFC电解质层，电源技术，2004，28(9)：565-568；但是这种工艺方法会增加成形工艺的复杂度和制作成本，严重阻碍批量制造SOFC及其商业化发展。