[发明专利]一种燃料电池单电池结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及一种燃料电池的单电池结构以及该单电池结构的制备方法。

背景技术

传统的固体氧化物燃料电池都具有三个主要的组成部分即阴极，阳极和夹在中间的电解质层，这也正是它被称之为电池的原因之一。固体氧化物燃料电池对电极和电解质材料的选择有着严格的要求：（1）阳极材料要有足够高的电子电导率以便于电子的输运和迁移，要对燃料的电化学氧化起到很好的催化作用，具有多孔的微结构以利于燃料气体的输运，要在阳极工作的还原气氛下保持稳定，并与邻近的电解质材料有好的热匹配性；（2）阴极材料要有足够高的电子电导率以便于电子的输运和迁移，要对氧气的电化学氧化起到很好的催化作用，具有多孔的微结构以便于氧气的输运，要在阴极工作的氧化气氛下保持稳定，并与邻近的电解质材料有好的热匹配性；（3）电解质层材料要求有足够高的离子电导率，但同时要求它的电子电导率尽量低，要在氧化和还原的气氛中稳定，具有致密的微结构，并与相邻的电极材料存在很好的热匹配性。不同材料高温烧结到一起得到全固态结构固体氧化物燃料电池，但相邻材料之间的热膨胀系数不匹配，电极就容易在制备和随后的高温运行过程中出现翘边、脱落的现象，对于电极支撑型薄膜电池而言这种影响更为严重，会造成电池的扭曲变形甚至破裂。因此在燃料电池的发展过程中，在选择材料，调节材料热膨胀系数方面投入了大量的精力，但此问题依旧长期存在。有很多电催化性很高的电极材料也由于热膨胀系数不匹配而不能被广泛采用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构强度高、导电率高的燃料电池单电池结构以及该燃料电池单电池结构的制备方法，该方法操作简单，大大缩短了制作时间，提高了工作效率，还节省了成本。

本发明所述的燃料电池单电池结构所采用的技术方案是：所述燃料电池单电池结构由三层压合着的流延氧化锆基片构成，其中位于两侧的流延基片具有多孔结构，位于中间位置的流延基片作为电解质层，在位于两侧的所述流延基片的多孔结构内分别浸渍有阳极金属盐溶液和阴极金属盐溶液。

位于两侧的所述流延基片内含有作为造孔剂的球型石墨。

位于两侧的所述流延基片的厚度为0.05～1.0mm。

位于两侧的所述流延基片的孔隙率为20～60％。

位于中间位置的所述流延基片的厚度为0.05～0.5mm。

位于中间位置的所述流延基片内含有0～8 mol% Y₂O₃，0～20 mol% Gd₂O₃，0～9 mol% Sc₂O₃，0～3 mol% Ce₂O₃，掺杂总量为2～30mol%。

在位于两侧的所述流延基片内浸渍的阳极金属盐溶液为镍的可溶性盐溶液，所述阴极金属盐溶液为根据LSM摩尔比计算的镧、锶和锰的硝酸盐或可溶氯化物溶解在去离子水中形成的溶液。

所述阳极金属盐溶液为硝酸镍或氯化镍或硫酸镍的盐溶液，所述阴极金属盐溶液为硝酸镧、硝酸锶和硝酸锰的盐溶液。

本发明所述的燃料电池单电池结构的制备方法所采用的技术方案是，该方法包括以下步骤：

（1）      阳极和阴极金属盐溶液的制备：在装有去离子水的容量瓶中加入镍的可溶性盐，待完全溶解后形成阳极金属盐溶液；在装有去离子水的容量瓶中加入镧、锶和锰的硝酸盐或可溶氯化物，待完全溶解后形成阴极金属盐溶液；

（2）      流延基片的制备：采用流延法成型制备两层含有球型石墨作为造孔剂的流延基片以及一层电解质层流延基片，按电池规格把三层流延基片剪裁好备用；

（3）      生坯制备：把步骤（2）中的三层流延基片层叠好，其中中间层为电解质层流延基片，通过等静压成型制成单电池基体生坯；

（4）      生坯烧制：把成型后的单电池生坯置于炉内共烧，燃烧温度为1200～1600℃，保温时间0.5～5h，制得燃料电池单电池基体；

（5）      对单电池基体进行检测：把燃料电池单电池基体置于品红溶液中进行检测，以检测处于中间的电解质层是否有开裂、气孔，若有，则判定为次品；否则，判定为正品；

（6）      浸渍处理：采用步骤（1）制得的阳极和阴极金属盐溶液利用底涂式的浸渍方式分别对经过步骤（5）处理的单电池基体的阳极和阴极进行浸渍处理，浸渍一次待晾干后再次进行浸渍，经过5～10次浸渍，完成浸渍处理；