[发明专利]一种平板固体氧化物燃料对称电池及其制备方法

说明书

一种平板固体氧化物燃料对称电池的制备方法，包括以下步骤：提供多孔电解质膜片、致密电解质膜片以及弹性膜片；将多孔电解质膜片、致密电解质膜片、多孔电解质膜片以及弹性膜片依序叠加形成一叠加体后热压所述叠加体；从所述叠加体上去除所述弹性膜片得到一复合素坯；将所述复合素坯于1000‑1600℃下烧结2‑24小时后得到一对称电池骨架；提供对称电极材料，所述对称电极材料为由两种或多种材料复合构成的复相材料；采用化学浸渍法或真空浸渍法将所述对称电极材料沉积于所述电池骨架中。本发明还提供采用上述制备方法得到的对称电池。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，尤其涉及一种平板固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)是一种直接可以将燃料化学能转化为电能的电化学装置。SOFC具有能量转化效率高(热电联用效率可高达90％以上)、燃料适应性广(可以直接使用氢气，碳氢化合物和固体碳)、全固态结构安全无污染等诸多优点，很有可能取代现有火力发电技术，成为21世纪新一代绿色发电技术。

目前，限制SOFC大规模应用的技术瓶颈是：稳定性差和成本高。SOFC 高的操作温度(700-1000℃)是导致其稳定性差的主要原因。因此，降低SOFC (500-600℃)运行温度同时保证其性能是现阶段SOFC国际国内主流研发方向。

将SOFC运行温度从高温降低到低温，温度跨度在数百度。要想保证低温SOFC具有较好电化学性能，必然要求SOFC电池材料、结构和电池制备工艺发生根本改变。

SOFC阻抗(包括电解质欧姆阻抗，阴极极化阻抗和阳极极化阻抗)大小直接决定了SOFC电池性能。从某种程度上讲，研发低温SOFC即是研究怎样降低电池阻抗的研究。

降低欧姆阻抗不仅要求选用具有高氧离子电导率的电解质材料，同时要求电解质要做到尽量薄。流延法是制备SOFC超薄电解质比较成熟且通用的方法，制备得到的电解质厚度可以控制在10-30μm之间，基本能够满足低温SOFC对电解厚度的要求。

现阶段，电极性能差是制约低温SOFC发展的主要因素。传统的SOFC 阳极制备方法为高温共烧结(烧结温度在1400℃左右)，阴极制备方法为丝网印刷法(电极成型(烧结)温度一般在1200℃左右)。上述方法均需要高温烧结方能使得电极成型，电极材料颗粒度在微米尺度，低温催化活性差。显然，上述电极制备方法已经不适用于低温SOFC电极制备。浸渍法(指将电极活性组分通过湿化学浸渍沉积在预先制备好的多孔电解质骨架里面)制备SOFC电极是目前低温SOFC电极常用方法，该方法能将电极材料颗粒尺寸控制在纳米尺度，从而能有效利用纳米效应提高低温SOFC性能。

低温SOFC(即浸渍SOFC)常规制备方法分为两步：第一步，制备单电池骨架，即“多孔电解质/致密电解质/多孔电解质”骨架；第二步，制备浸渍电极，即分别在两边多孔骨架里面浸渍制备得到阳极和阴极。

为了简化SOFC制备过程，降低SOFC制备成本，对称固体氧化物燃料电池(Symmetrical Solid Oxide Fuel Cell:SSOFC)是近年来的研究热点。 SSOFC是指SOFC的阳极材料和阴极材料是同一种材料，从而使得SOFC电极的制备可以一步完成。因此，从提高电池稳定性(将降低操作温度)和简化电池制备工艺(及降低电池成本)角度考虑，浸渍SSOFC是低温SOFC 的重要研究和发展方向。

要实现浸渍SSOFC的成功制备，必须先解决两个问题：对称电池浸渍骨架的制备和对称电极材料的选择。

制备对称电池骨架的经典方法是：“流延-热压-共烧结”法。该方法是指：采用流延法分别制备得到多孔电解质素坯膜片A和致密电解质素坯膜片B，然后将2-4片A膜片，1片B膜片和2-4片A膜片顺序叠加后，进一步经过热压工艺将上述多层膜片组压合成为一个素坯整体C。最后将素坯C放入马弗炉中，在1200-1400℃下高温烧结4h，即可得到“多孔/致密/多孔”电解质浸渍骨架。