[发明专利]含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阳极支撑体的制备领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将燃料和氧气的化学能转化为电能的陶瓷电化学装置，该电池具有高的能量转化率、环保等优点。SOFC的主要成分为阳极、电解质和阴极。SOFC的阳极要求保持良好的透气性，以便使燃料气体（如氢气、一氧化碳、甲烷等）能够渗透到阳极深处参加电化学反应并将产生的气体（水蒸气、二氧化碳等）移走。

阳极支撑型电解质薄膜电池因其制备工艺简单、电池性能优越而备受人们关注。造孔剂的形状决定了其在阳极中形成的孔的形状。传统的造孔剂有面粉、淀粉、玉米粉等有机物造孔剂和石墨粉、碳粉等碳单质造孔剂等，它们在阳极中留下了球形或形状不规则的孔。这些孔彼此连接在阳极支撑体内形成曲折的气体通道，这就增加了气体输运通道的长度，导致电极浓差极化从而降低了电池输出性能。

发明内容

本发明的目的为了解决现有方法存在电极内部气体扩散慢问题；而提供含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法。

本发明中含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将氧化亚镍与固体氧化物电解质按0.25~9:1的质量比混合后研磨，得到阳极初始粉体；

步骤二、纸屑加入到溶剂中浸泡0.1~24 h，所述溶剂的质量是纸屑的2~100倍，然后在30~90℃条件下搅拌0.1~24 h，得到纸纤维悬浊液（纸纤维悬浊液中纸纤维的长度为100~500μm）；

步骤三、向步骤二得到的纸纤维悬浊液中加入步骤一得到的阳极初始粉体，阳极初始粉体与步骤二所述纸屑的质量比为1：0.05~0.5，搅拌1~10 h， 然后在25~250℃下烘干，研磨得到阳极最终粉体；

步骤四、将步骤三得到的阳极最终粉体置于钢制模具中，在室温下以500MPa~2000MPa的压力压制，制备厚度大于5mm的阳极块体，将阳极块体在1000~1500℃条件下烧结0.1~5 h（使其具有一定的强度，并在此过程中烧去纸纤维造孔剂，产生方向大体一致柱状孔洞）；

步骤五、将经烧结处理后的阳极块体切片，获得厚度为0.5~3 mm的阳极片，切片时进刀的方向与在压片过程中受力方向相同（这样块体中的柱状孔洞被以接近垂直的角度切割，使阳极片中孔的方向最有利于气体流进/流出），然后在900~1500℃条件下烧结阳极片1~10h，即得到含有取向柱状孔的阳极支撑体。

步骤一所述的固体氧化物电解质为掺杂量为1%~30%（摩尔）碱土氧化物掺杂氧化锆、掺杂量为1%~20%（摩尔）稀土氧化物掺杂氧化锆、掺杂量为1%~50%（摩尔）碱土氧化物掺杂氧化铈或者掺杂量为1%~50%（摩尔）稀土氧化物掺杂氧化铈。步骤二所述溶剂为去离子水、无水乙醇、异丙醇中的一种或其中几种的混合。步骤二所述的纸屑由定量滤纸、定性滤纸、新闻纸或草纸粉碎而成。

本发明利用纸纤维造孔剂制备含有取向柱状孔的固体氧化物燃料电池阳极支撑体，在制备的阳极支撑体中柱状孔的取向近乎相同并朝向于最有利于气体流入/流出的方向(即燃料气体输入和产物气体输出的方向)，这样就会缩短气体输运的实际路径并减小了气体通道的曲折程度，降低了由电极微观结构决定的曲折因子，从而减小了气体在阳极内部输运的阻力；在保证阳极具有足够的机械强度的前提下使反应气体和产物气体在阳极内快速流通，并最终减小了由于气体扩散慢造成的浓差极化，提高了电池输出性能。单电池在800℃的最高输出功率密度在1490 mW/cm²以上。

附图说明

图1是具体实施方式二十七制得固体氧化物燃料电池的电镜照片；图2是具体实施方式三十制得固体氧化物燃料电池封装结构示意图，1表示阴极，2表示阳极，3表示银线，4表示陶瓷管，5表示银膏，6表示电解质；图3为具体实施方式三十的固体氧化物燃料电池在800℃的I-V、I-P曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中含有取向柱状孔的阳极支撑体的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将氧化亚镍与固体氧化物电解质按0.25~9:1的质量比混合后研磨，得到阳极初始粉体；

步骤二、纸屑加入到溶剂中浸泡0.1~24 h，所述溶剂的质量是纸屑的2~100倍，然后在30~90℃条件下搅拌0.1~24 h，得到纸纤维悬浊液；