[发明专利]一种平板式SOFC抗积碳复合阳极膜材的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及抗积碳复合阳极膜材制备方法，属于平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)领域。

背景技术：

作为一种高效、洁净的绿色能源，固体氧化物燃料电池(SOFC)以其全固态组件，无 腐蚀、无泄漏，高温运行，燃料适应性强，便于热电联用(效率可达70-80％)等优点，引 起了世界各国的广泛关注。固体氧化物燃料电池可分为电解质支撑式或阳极支撑式，目前， 美国Bloom-Energy公司于2010年2月向全世界宣布电解质支撑式家用微式发电站Bloom  Box已研制成功，以氢气作为燃料的Bloom Box一经正式发布并商业化，立即引起了全世 界能源产业的关注。

目前最为广泛的阳极催化材料是氧化镍，在工作状态时阳极中的氧化镍被还原为金属 镍，金属镍具有较高的导电性能和催化活性。虽然Ni陶瓷阳极是目前最成功的阳极材料， 但它存在的最大问题是当使用碳氢化合物为燃料时会导致碳沉积。碳沉积不但覆盖了Ni的 活性位，而且碳还会在催化剂金属镍颗粒体内分散和析出的过程中产生相当高的压力，从而 破坏阳极结构。SOFC目前应用最为广泛的阳极催化剂材料通常是以氧化镍实心粉体的形式 引入阳极，在工作状态时阳极中的氧化镍被还原为金属镍，金属镍的堆积性接触才可能形成 三维导电网络，同时阳极发生反应释放的电荷需要经过导电网络导出至外电路。为了在阳极 形成三维导电网络，实心粉体氧化镍的质量百分比往往高达50-60％。如何降低阳极中的氧 化镍的含量，这是SOFC商业化进程中极为关切的重大问题。与实心结构的催化剂相比，本 专利提出其形貌为纤维状的氧化镍催化剂材料在阳极中的纵横交错的存在方式，在工作状态 时被还原为纤维状的金属镍，这不但有利于三维导电网络的形成，还可大大降低氧化镍的用 量。再将制备好的絮凝状铜、铁、铈氧化物胶体丝网印刷到含纤维状氧化镍的阳极基底面上， 经烧结后制得具有抗积碳性能的电解质支撑式单电池，该方法工艺简单、成本低廉、具有优 良的电催化性能及抗积碳性能。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明以纤维状氧化镍与YSZ活性粉体等为原料制备环保式的阳 极基底浆料，将阳极基底浆料丝网印刷到电解质支撑式半电池中的电解质面上，制成单电池 素坯膜片；焙烧后，再将制备好的含铜、铁、铈的絮凝状胶体丝网印刷到阳极基底面上，经 热处理后制得具有抗积碳性能的单电池。该方法工艺简单、催化剂材料粉体用量少、成本低 廉、适合于工业化生产，制得的阳极膜材具有优良的电催化性能及抗积碳性能。

本发明包括氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)活性粉体及铜、铁、铈氧化物膜层的制备、配 料、球磨、除气、丝网印刷、排塑和烧结过程，包括下述步骤：

1)将氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ)粉体、聚丙烯酸铵、聚丙烯醇、聚乙二醇、水制成电 解质浆料；

(2)球磨混合浆料，除气，将电解质浆料流延成式制成电解质素坯膜片；

(3)电解质素坯膜片排塑后高温烧结制得电解质支撑体；

(4)将制备好的LSM阴极浆料丝网印刷到电解质支撑体的一面上，排塑、烧结后制得 ScSZ/LSM电解质支撑式半电池；

(5)将纤维状氧化镍粉体、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)活性粉体、造孔剂、分散剂、粘 结剂、溶剂水配制成阳极基底浆料；

(6)球磨混合浆料，除气，将阳极基底浆料丝网印刷到致密的电解质支撑式半电池中的电 解质面，制成单电池素坯膜片；

(7)将制得的单电池素坯膜片进行焙烧处理；

(8)在水介质中，以氨水，乙二醇，硝酸铜、硝酸铁、硝酸铈、柠檬酸、淀粉为原料， 在水浴85℃加热并搅拌条件下制备含铜、铁、铈的絮凝状胶体；

(9)将制备好的含铜、铁、铈的絮凝状胶体丝网印刷到阳极基底面上得到复合阳极膜材；

(10)将制得的复合阳极膜材进行热处理。 在本发明的实施例中，以淀粉为造孔剂；

以水为溶剂，

以聚丙烯酸铵(PAA)为分散剂，

以聚乙烯醇(PVA)为粘结剂，

以聚乙二醇(PEG400)为增塑剂，

浆料中各组分的质量组成为：

阳极基底浆料：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)活性粉体100克，纤维状氧化镍粉体20-50 克，淀粉12-30克，PAA 1-3克，PVA 8-12克，PEG 1-2克，水14-30克。