[发明专利]一种固体氧化物燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池，其特征在于，包括：

以钙钛矿型氧化物为阳极材料的阳极支撑体；

依次沉积在所述阳极支撑体上的阳极功能层、电解质层和阴极功能层；

沉积在所述阴极功能层上的阴极层；

其中，所述阳极支撑体和所述阳极功能层内都沉积有纳米掺杂氧化铈，所述阴极功能层内依次沉积有纳米掺杂氧化铈和纳米阴极材料；

所述阳极材料是通式为La_xSr_yTiO₃的A位掺杂A位缺陷钙钛矿型钛酸锶氧化物，其中，0<x<1,0<y<1,0<x+y<1；

所述电解质层中电解质为氧化钇稳定氧化锆，或氧化钪和氧化铈稳定氧化锆；

所述掺杂氧化铈为钐掺杂氧化铈Ce_1-aSm_aO₂，其中a＝0～0.2或钆掺杂氧化铈Ce_1-bGd_bO₂，其中b＝0～0.2；

所述阴极层为稀土钙钛矿结构复合氧化物、碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物、双钙钛矿结构复合氧化物或K₂NiF₄型结构复合氧化物。

2.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述阳极支撑体和所述阳极功能层总共的厚度为250～1000μm，所述电解质层的厚度为5～15μm，所述阴极功能层和所述阴极层的厚度总共为30～60μm。

3.一种如权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)称取如权利要求1所述阳极材料粉体、淀粉成孔剂，再依次加入丁酮和乙醇混合溶剂、磷酸三乙酯分散剂，得到混合物A用行星式球磨机进行第一次球磨；

(b)在经过所述第一次球磨混匀的所述混合物A的浆料中依次加入聚乙烯醇缩丁醛粘结剂以及邻本二甲酸二丁酯和聚乙二醇200塑性剂，得到的混合物B用行星式球磨机进行第二次球磨；

(c)将经过所述第二次球磨混匀的所述混合物B的浆料进行真空除泡处理，进行流延制成所述阳极支撑体生坯，干燥后切割；

(d)将乙基纤维素溶解于松节油透醇中制成乙基纤维素松油醇溶液，用来作为丝网印刷用粘结剂；

(e)将掺杂氧化锆和/或氧化镍和所述钙钛矿型氧化物阳极材料粉体混合形成混合粉体加入到所述乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨得到稳定均一的混合浆料，在丝网印刷机上将配制好的所述混合浆料均匀地沉积在所述阳极支撑体生坯上而形成阳极功能层；

(f)将掺杂氧化锆粉体加入到所述乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨得到稳定均一的电解质浆料，在丝网印刷机上将配制好的所述电解质浆料均匀地沉积在所述阳极功能层上而形成电解质层；

(g)将所述步骤(f)制备得到的含有所述阳极支撑体生坯、所述阳极功能层和所述电解质层的支撑体生坯经过排塑烧结处理，得到阳极支撑型固体氧化物燃料电池半电池A；

(h)将掺杂氧化铈粉体加入到所述乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨得到稳定均一的所述掺杂氧化铈浆料，在丝网印刷机上将配制好的所述掺杂氧化铈浆料均匀地沉积在所述步骤(g)获得的所述半电池A的所述电解质层上而形成阴极功能层，并进行烧结处理，获得含有与所述电解质层结合良好的所述阴极功能层的半电池B；

(i)将掺杂氧化铈粉体通过浸渍法沉积在所述步骤(h)获得的所述半电池B的所述阳极支撑体、所述阳极功能层和所述阴极功能层骨架内，通过低温烘干处理和高温烧结处理得到阳极含有所述纳米掺杂氧化铈粉体的半电池C，其中所述纳米掺杂氧化铈粉体的含量为5～10毫克/平方厘米；

(j)将所述步骤(i)制备得到的所述半电池C进行还原处理，得到阳极已还原的半电池D；

(k)将阴极粉体通过浸渍法沉积在所述步骤(j)制备得到的所述半电池D的所述阴极功能层骨架内，通过低温烘干处理得到半电池E，其中所述阴极粉体的含量为5～10毫克/平方厘米；

(l)将所述阴极粉体加入到乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨得到稳定均一的所述阴极浆料，在丝网印刷机上将配制好的所述阴极浆料均匀地沉积在所述阴极功能层表面上而形成阴极层，经阴极原位烧结成相处理后完成所述固体氧化物燃料电池的制备；

所述步骤(e)、(f)所述的掺杂氧化锆为氧化钇稳定氧化锆或氧化钪和氧化铈稳定氧化锆；

所述步骤(h)、(i)中所述掺杂氧化铈为钐掺杂氧化铈Ce_1-aSm_aO₂，其中a＝0～0.2；或钆掺杂氧化铈Ce_1-bGd_bO₂，其中b＝0～0.2；

所述步骤(h)中所述烧结处理是指在空气中1100～1300℃烧结1～2小时，控制升温和降温速率为1～5℃/min；

所述步骤(i)中所述高温烧结处理是指在空气中700～800℃烧结2～4小时，控制升温和降温速率为1～5℃/min；

所述步骤(k)、(l)中所述阴极为稀土钙钛矿结构复合氧化物、碱土金属基钙钛矿结构复合氧化物、双钙钛矿结构复合氧化物或K₂NiF₄型结构复合氧化物。