[实用新型]一种固体氧化物燃料电池电极及固体氧化物燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电极。

背景技术

在能源和环境问题日益成为制约当今社会和经济发展的关键因素的大背景下，固体氧化物燃料电池作为一种能够直接将化学能转化为电能的能量转化装置，由于兼具能量转化效率高，燃料适用广泛等突出优点受到了人们的广泛关注。如日本TOTO株式会社在申请号为201180046923.5和201280016340.2的实用新型专利中分别提供了一种可提高综合能效，并防止过度的温度上升的固体氧化物燃料电池和能够稳定工作90000小时固体氧化物燃料电池；美国LG燃料电池系统公司在申请号为201280045198.4和201280045187.6的实用新型专利中对燃料电池的系统进行了优化。

然而固体氧化物燃料电池在其实用化过程中仍存在一些问题需要解决。如(1)现有固体氧化物燃料电池电极制备大多采用流延成型、丝网印刷等工艺，所制备多孔电极内部往往存在一定数量的闭孔区域。如图1所示，电极本体2’形成在电解质1’的表面上；然而电极的电化学反应主要集中在电极本体2’/反应气体两相界面，闭孔区域的存在将导致电极内部实际有效的电化学反应活化区域的减少和电化学反应区域分布不均匀的问题，这将进一步带来电极性能的下降和电池温度分布不均匀的问题。(2)采用传统流延成型和丝网印刷工艺制备的电极其孔呈无规分布、往往存在孔道狭小和分布不均匀等问题，不利于反应气体在整个电极内部的扩散和反应产物的及时排出，这也将进一步影响电极实际工作过程中性能的发挥。(3)传统电极制备方法中单层电极的厚度往往较厚，不利于根据固体氧化物燃料电池实际工作需求对其不同空间位置电极组分的调控，这也不利于高性能电极的开发。

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供了一种结构改进的固体氧化物燃料电池电极。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种固体氧化物燃料电池电极，其包括设于电解质层上、具有多孔结构的电极本体，特别是：在所述具有多孔结构的电极本体上还形成有多个气体通道，该气体通道具有第一延伸方向，且在该第一延伸方向上形成相对的第一端和第二端，第一端和第二端中的至少一个开口，以将气体通道与外界连通。

优选地，所述多个气体通道在电极本体上均匀分布。

优选地，所述第一延伸方向为电极本体的厚度方向，所述第一端远离电解质层，所述第二端靠近电解质层，第一端开口，第二端开口或封闭。

根据本实用新型的一个具体且优选方面，所述的气体通道还具有与第一延伸方向垂直的第二延伸方向，在第二延伸方向上形成相对的第三端和第四端，第三端和第四端均开口而与外界连通。

进一步优选地，所述多个气体通道并排且等间距布置，使电极本体形成长条状栅格结构。

在一个具体的实施方式中，所述的电极本体为方形，第二延伸方向与电极本体的一条边的延伸方向平行。

根据本实用新型的又一具体且优选方面，所述多个气体通道成排成列排布，使电极本体形成网格状栅格结构。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述气体通道自第一端向第二端的横截面积不变或逐渐变小。

根据本实用新型，气体通道在第一延伸方向上的横截面的宽度可以在0.1～100微米之间，优选在1～10微米之间。

根据本实用新型，所述电极本体的不同空间位置处的组分可以相同或不同，可根据电池应用实际需求来调整。

优选地，本实用新型的电极本体通过先利用3D打印机打印出电极前体，然后进行烧结得到。

根据本实用新型，所述电极可以是阳极，也可以是阴极，其可由本领域常用的一种或多种电极材料组成，没有特别限制。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型所提供的固体氧化物燃料电极除了电极本体所具有的孔隙外，还具有多个气体通道，通过这些气体通道可以调控优化气体在电极内部的扩散，进而有效缓解或避免固体氧化物燃料电池实际工作过程中普遍存在的反应位置分布不均及由此导致的温度场分布不均等问题；此外，气体通道的设置还有利于阳极处(氧离子导体固体氧化物燃料电池)或阴极处(质子导体固体氧化物燃料电池)生成水的及时排出。

附图说明

图1为传统电极微结构示意图；

图2为本实用新型栅格状多孔电极微结构示意图；