[发明专利]一种金属支撑固体氧化物燃料电池阴极阻挡层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池材料技术领域，具体涉及一种金属支撑固体氧化物燃料电池阴极阻挡层的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，它不需经过从燃料化学能→热能→机械能→电能的转变过程，具有许多优点，其中突出的优点在于燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料，因此可广泛地采用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、生物质气、甲醇和乙醇等多种碳氢燃料。固体氧化物燃料电池具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好固体氧化物燃料电池的应用前景。目前，固体氧化物燃料电池进入商业化发展的主要障碍是电池系统的可靠性、寿命和价格。平板式固体氧化物燃料电池，尤其是中低温平板式固体氧化物燃料电池(500～800℃)，是目前国际上固体氧化物燃料电池研究的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，降低了对密封等其它材料的要求，可采用低成本的陶瓷制备工艺进行制造，可望大幅度降低固体氧化物燃料电池的材料和制造成本。常规的中低温平板式固体氧化物燃料电池采用Ni/YSZ(YSZ：钇稳定氧化锆)阳极支撑体结构，优良的电池堆性能也已有报道，部分研发单位具备了较大规模的生产能力，但与厚阳极支撑体相关的问题未得到根本解决。厚的阳极支撑体包含较多的YSZ和Ni，使得电池成本较高。在氧化还原循环中，多孔阳极支撑体中的金属镍被氧化成NiO，继而NiO被还原成金属镍，多孔阳极支撑体经历体积变化，从而导致电解质开裂，因此若系统出现故障导致燃料供应中断易引起因空气进入阳极室而使Ni/YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池损坏。鉴于Ni/YSZ阳极支撑体结构存在上述问题，近年来国内外的固体氧化物燃料电池研发单位开始将研发的重点转向金属支撑固体氧化物燃料电池，这一结构类型的电池采用铁素体不锈钢作为支撑体，从而可降低支撑体的价格，提高电池的机械强度，降低电池内部的温度梯度，可容许电池快速启动、热循环和氧化还原循环，也增强了抵抗热冲击能力，同时降低了电池堆密封和连接难度。为提高金属支撑固体氧化物燃料电池的可靠性，延长电池的寿命，其一般工作温为600～800℃。在此温度下必须采用高电催化性能的阴极材料，以避免阴极活化极化电阻的增大而引起电池性能的退化。但通常的高性能阴极材料在制备条件下易与氧化锆基固体电解质发生反应，生成低电导率的反应产物。对此，一般采用氧化铈基或LaGaO₃基电解质作为阻挡层来避免氧化锆基固体电解质和高性能阴极材料间的反应。