[发明专利]管式固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及管式固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法，尤其阳极支撑管式固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法，属于燃料电池材料领域。

背景技术

燃料电池作为一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等诸多优点。固体氧化物燃料电池(SOFC)除了具有高效与环境友好等燃料电池的共同优点外，由于其全固态特性，使其设计更灵活，操作更方便、且更安全可靠。由于SOFC单电池工作电压只有1V左右，在实际应用中需要利用连接体将单电池组装成电池堆以提高其输出电压和输出功率。其中平板式SOFC随着工作温度的降低主要采用合金材料作为连接体；管式SOFC由于工作温度较高，所以只能使用陶瓷材料作为连接体。由于连接体一侧为还原气氛而另一侧为氧化气氛，因此连接体材料要具有很高的稳定性；同时连接体在氧化-还原双气氛下应具有较高的电子电导率，并且还要有足够的致密度以保证电池的电压。然而，同时满足这些条件的材料是非常少的。

目前，常用的材料是掺杂的铬酸镧。它不仅在氧化-还原双重气氛下比较稳定，而且有较高的电子电导率。但是，掺杂的铬酸镧的主要缺点是烧结活性差，非常难以制备，因此不得不采用比较昂贵的制备方法。比如：西门子-西屋公司采用等离子喷涂法，沿管轴线方向制备了宽11mm、厚100μm的掺杂铬酸镧连接体条。但是由于工艺复杂、成本较高，一直难以商业化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种管式固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法，尤其是阳极支撑管式固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法，

本发明提出的固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体由镧掺杂钛酸锶层和锰酸锶镧层两层组成。镧掺杂钛酸锶层组成为La_xSr_1-xTiO₃，其中，x＝0.1～0.4，厚度为10～20μm；锰酸锶镧层组成为La_0.8Sr_0.2MnO₃，厚度为10～20μm。

本发明所述的固体氧化物燃料电池用复合陶瓷连接体及其制备方法，其步骤依次为：

(1)分别配制镧掺杂钛酸锶浆料和锰酸锶镧的浆料。

所述镧掺杂钛酸锶浆料各组分的质量份数为：镧掺杂钛酸锶粉体40份；乙醇与丁酮的混合溶剂或其中任意一种溶剂共80～120份，粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)1～4份；分散剂三乙醇胺(TEA)1.5～3.5份。

所述镧掺杂钛酸锶粉体组成为La_xSr_1-xTiO₃，其中，x＝0.1-0.4；

所述锰酸锶镧浆料各组分的质量份数为：锰酸锶镧粉体40份，乙醇与丁酮的混合溶剂或其中任意一种溶剂共80～120份；分散剂三乙醇胺(TEA)1.2～2份；粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)1.2～2.4份；增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和聚乙二醇(PEG)或其中任意一种共2.4～4份。

所述锰酸锶镧的化学式为La_0.8Sr_0.2MnO₃。

(2)将上述两种浆料分别混合均匀，除去浆料中的空气。

所述混合优选采用行星球磨混合2～3小时，混合优选使用ZrO₂研磨球或掺杂ZrO₂研磨球。ZrO₂研磨球或掺杂ZrO₂研磨球为通常常用的商业产品，可以以市售方式获得。

所述行星球磨机优选转速为100～500转/分钟。

所述除去浆料中的空气优选为浆料进行抽真空处理2～3分钟。

(3)在阳极支撑管素坯上浸渍一层电解质浆料，待电解质浆料干燥后沿管子轴向擦去部分电解质浆料，然后在暴露的阳极支撑管素坯上涂刷步骤(2)所得镧掺杂钛酸锶浆料，待干燥后，继续涂刷步骤(2)所得锰酸锶镧浆料，干燥。

所述涂刷的次数优选2～3次。

所述电解质浆料优选为钇稳定氧化锆或钪稳定氧化锆浆料。

(4)步骤(3)所得素坯放入马弗炉中烧结。

所述煅烧条件优选1300～1400℃保温3～10小时。

本发明的优点在于：

1、工艺简单。通过浆料涂刷的办法可以很方便地在管式SOFC电池上制备连接体；

2、连接体面积可控。通过改变擦去电解质面积的大小，可以很容易地控制连接体面积；