[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电流收集层结构

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电流收集层的结构。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC) 是将化学能直接转化为电能的高效全固态电化学能量转换装置。为了将SOFC所发的电转移到负载或者外电路，就需要降低电能在传输过程中的损耗，通常的办法是在SOFC的电极两侧制备具有高电导率的电流收集层来降低该损耗。传统的阳极侧电流收集层采用Ni毡，而阴极侧电流收集层可采用银网等柔性贵金属。但是在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池，因此银网在SOFC的操作温度下长时间运行时会发生一定的损耗。而且镍毡和银网的价格昂贵，不利于商业化应用。专利：“一种固体氧化物燃料电池阴极集流体的制备方法”申请号201410339768.1中提出了采用陶瓷材料流延成型作为电池的阴极侧收电层。但是由于集流体层与电池之间没有经历高温烧结，电池长期运行过程中集流层难免会粉化、脱落、与电池结合变差，导致电池性能下降。此外，常用的电流收集层的制备方法是将高电导率的陶瓷材料如氧化镍或者掺杂钴酸镧的粉体配制成浆料，丝网印刷在电池的阳极侧或阴极侧，但是集流体材料的热膨胀系数往往与电池的热膨胀系数不匹配，电池在经历热循环过程中会因集流体与电池接触不良而性能衰减。

发明内容

本发明的目的是为了解决在SOFC电流收集层存在的上述问题，提供了一种新型的集流层结构。

本发明所采用的技术方案是：

    一种固体氧化物燃料电池电流收集层结构，包括集流层骨架结构和集流层活性结构，所述集流层活性结构浸渍在集流层骨架结构内部，所述集流层活性结构由纳米颗粒组成。

所述集流层骨架结构的厚度是10-100微米，孔隙率为20-80%，孔径尺寸为2-20微米。

    所述纳米颗粒的尺寸为20-500 nm。

    所述集流层骨架结构的材料成分是以下组分之一：氧化钇和氧化锆；氧化钪和氧化锆；氧化钇、氧化钪和氧化锆；氧化铈、氧化钪和氧化锆；锶、镁和镓酸镧；氧化钐和氧化铈；氧化钆和氧化铈。

所述集流层活性结构的材料成分是以下组分之一或几种组分的混合物： 氧化镍；锶和锰酸镧；铁和镍酸镧；锶和钴酸镧；锶、铁和钴酸镧。

所述集流层活性结构的材料成分之一是尖晶石型材料，其化学式为(AB)₃O₄。

    所述化学式(AB)₃O₄中的A, B为Mn、Y、Cr、Co、Cu、Zn、Fe中的一种。

    所述化学式(AB)₃O₄中的A, B不相同。

    本发明的有益效果是：结构简单，不仅解决了传统金属电流收集层价格昂贵的问题，还解决了陶瓷电流收集层与电池之间因热膨胀系数不匹配而导致的脱层问题，制备成本低，易于实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

    图1为本发明的结构示意图。

其中：1、集流层骨架结构，2、集流层活性结构。

具体实施方式

在如图1所示的第一实施例中，一种固体氧化物燃料电池电流收集层结构，包括集流层骨架结构1和集流层活性结构2，集流层活性结构2浸渍在集流层骨架结构1内部，而不是直接与电池贴合，可以有效规避集流材料与电池之间热膨胀系数不匹配的问题，集流层活性结构2由纳米颗粒组成，导电率高，颗粒间形成有效联通，不影响气体扩散，集流层骨架结构1的厚度是10-100微米，孔隙率为20-80%，孔径尺寸为2-20微米，与电池具有较好的热膨胀匹配性和化学相容性，可采用高温共烧结或等离子喷涂等工艺制备在电池上，保证集流层与电池之间的有效结合，纳米颗粒的尺寸为20-500 nm，可采用浸渗工艺（将纳米颗粒配制成悬浮液，通过多孔骨架结构中的毛细管力将悬浮液吸入骨架内部，干燥后形成颗粒；或者将纳米颗粒的前驱体溶液吸入骨架内部，热处理后，前驱体分解形成颗粒）来制备。