[发明专利]一种复合型固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合型固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池由复合阳极层，氧离子‑质子双导体复合电解质层，复合多孔电解质隔层及双阴极层组成。复合电解质层同时具有质子电导和氧离子电导，在中低高温下电解质离子电导都能达到性能要求；复合多孔电解质隔层可以有效阻隔阴极与电解质间的反应，降低界面电阻；双阴极层由电子电导增强层和离子电导增强层组成，极大地降低极化电阻。因而，该复合型固体氧化物燃料电池在SOFC任意操作温度下(350℃‑800℃)都可满足性能要求，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种复合型固体氧化物燃料电池。

背景技术

传统固体氧化物燃料电池多以氧离子为载流子，这类电池发现较早，目前研究较为成熟，部分已经商业化应用。但过高的运行温度(800℃-1000℃)给电池成本及长期稳定性带来问题。而当前研究较热的质子型燃料电池，以氢离子为载流子，理论上传输活化能较氧离子低三个数量级，运行温度在350℃-550℃之间，但研究尚未成熟，仍存在烧结性及酸性气氛下的稳定性等问题。因而，开发一种适应于各温度段尤其是低温下使用的固体氧化物燃料电池是目前研究的热点。但一方面，低温下欧姆电阻增大，尤其是氧离子型电解质，会导致性能急剧下降；另一方面，传统阴极极化电阻迅速增大及阴极材料与电解质之间不利反应制约了型固体氧化物燃料电池在中低温条件下的应用，如常用氧离子传导氧化物膜材料YSZ与常用LSCF、BSCF等含钡、锶阴极之间的热匹配性及高温反应生成不导电层问题。研究表明在电解质和阴极间加入致密隔层，如在YSZ表面溅射或化学气相沉积GDC致密隔层，可提高整体电池性能，但制备工艺较复杂，成本较高(Solid State Ionics,2016,295:25-31.)。此外，BCFZY等新型阴极材料离子电导较大，但电子导电性很差，700℃时仅为1.3S/cm(Science,2015,349:6254.)，通过涂覆Au集流层可使性能提高一倍，但上述方法存在成本高，不利于工业化生产等缺点。因此，需要设计一种复合型固体氧化物燃料电池，其中包含在各操作温度下都有较高离子电导的复合电解质层，低成本有效阻隔阴极与电解质反应的阻隔层，及电子电导与离子电导较高的阴极层，从而提高固体氧化物燃料电池整体电化学性能。

发明内容

为克服固体氧化物燃料电池性能在中低温下快速衰减问题，满足各个操作温

度下的性能要求，本发明提出一种复合型固体氧化物电池，所述固体氧化物

燃料电池由复合阳极层，致密氧离子-质子双电导复合传导电解质层，复合多孔电解质隔层和双阴极层组成，所述固体氧化物燃料电池的制备过程如下：，

(1)将NiO与YSZ、BZY混合后，加入有机溶剂，在高温下烧结形成阳极层陶瓷素坯；

(2)将氧离子-质子双导体复合电解质粉体制备成浆料，在阳极层陶瓷素坯上涂覆，经高温下烧结得到致密的氧离子-质子双导体复合电解质薄膜；

(3)向电解质隔层粉体添加有机溶剂，超声处理，得到复合电解质隔层浆料，将复合电解质隔层浆料涂覆在复合电解质膜上，经过高温烧结得到与复合电解质层紧密连接的复合多孔电解质隔层；

(4)向各阴极粉体添加有机溶剂，超声处理，得到阴极浆料，在多孔电解质隔层依次涂覆两层阴极，得到所述复合型固体氧化物燃料电池。

所述的复合型固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：NiO与YSZ、BZY重量比在45/20/35～60/35/20之间，混合后在高温960℃～1120℃下烧结形成阳极层陶瓷素坯，涂覆氧离子-质子双导体复合电解质浆料，1290℃～1320℃下烧结后得到致密的氧离子-质子双导体复合电解质薄膜。