[发明专利]制备多孔阳极支撑体及固体氧化燃料电池阳极的方法

说明书

本发明公开了一种离子凝胶法制备多孔阳极支撑体的方法，具体步骤如下：（1）采用海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔湿坯；（2）对湿坯干燥处理后高温烧结获得阳极支撑体；（3）配置浸渍液，将催化剂引入多孔支撑体内部；（4）空气气氛下烧结后在还原气氛下还原。本发明采用离子凝胶法制备一种孔径尺寸可控的直通孔阳极支撑体，有利于气体在电极内的顺利流通，减小浓差极化，同时还可以改善浸渍法制备电极时存在的催化剂粒子分布不均匀的缺点，提高阳极的电导率和催化性能。本发明所述方法，技术简单，成本低廉，有利于实现大规模的生产和应用。

技术领域

本发明涉及多孔电极的制备领域，具体为一种固体氧化物燃料电池阳极支撑体及电池阳极的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）具有能量转换效率高、污染低和燃料来源广泛等优点，是一种清洁高效的能源系统，被认为是今后新能源应用的主要方向之一。单电池主要由电解质、阴极和阳极组成。作为SOFC的关键材料之一，阳极对整个电池的性能有着十分重要的影响。阳极是一个对燃料进行电化学氧化的场所，它的多孔结构可以将燃料气体输送到反应区并把反应产物输运出反应区。

阳极支撑型电池的研发降低了电解质薄膜的厚度，极大的降低了电池的欧姆电阻，但是阳极支撑体的厚度随之增加，电极的极化损失成为制约电池性能的主要因素。因此，人们通过改善阳极的微结构来提高其电化学活性。一方面，通过改善阳极的孔隙率和气孔的形貌来提高反应气体在阳极中的扩散能力，减小电极的浓差极化。另一方面，通过引入纳米结构的活性粒子来增大电极的电化学反应区，提高阳极的催化能力。浸渍法是一种有效引入纳米粒子的方法，近年来广泛应用于SOFC电极的制备中，有效增大了电极的电化学反应区。

目前，在阳极中添加造孔剂是目前普遍使用的造孔方法，造孔剂热解之后形成曲折的气体通道，增大了气体输运的路径和长度，不利于气体的快速迁移和扩散。而采用浸渍法制备的SOFC阳极，稳定性一直是最大的制约因素。在将纳米粒子引入多孔支撑体中时，会出现浸渍液分布不均匀的现象。受到阳极内部不规则孔洞分布的影响，浸渍液主要吸附在阳极支撑体的表层，经常堵住表面的孔洞，使浸渍液无法继续深入到支撑体内部，这就导致催化剂在支撑体内部分布非常不均匀。在浸渍量多的地方会出现催化剂粒子的烧结团聚，浸渍量少的地方则无法形成连通的导电通道，影响电极的导电能力和催化性能。

如果能在阳极中形成孔径尺寸可控的连通直孔，同时使孔的取向与气体的传输方向一致，一方面可以减小气体在阳极内部的扩散电阻，降低电极的浓差极化，另一方面，直通孔有利于浸渍液顺利到达电极和电解质界面参与催化反应，可以同时减小阳极的活化极化和浓差极化，提高电池的输出性能。

发明内容

本发明针对电池阳极存在的气体扩散慢和浸渍液分布不均匀的问题，提出一种采用离子凝胶法制备固体氧化物燃料电池阳极支撑体的方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种制备多孔阳极支撑体的方法，包括如下步骤：

（1）、将质量分数为0.5~2wt%的海藻酸钠溶液和固相含量为5wt%~20wt%的电解质粉体混合，球磨4~12h；

（2）、对混合浆料真空除泡后，将其注入圆柱形模具中，将浓度为0.5~2mol/L的CaCl₂溶液均匀喷雾到浆料表面，静置36~72h后脱模得到具有直通孔结构的固化湿坯；

（3）、切除湿坯的表层和底部，将坯体浸泡于葡萄糖酸内酯溶液中离子置换12~24h；

（4）、对湿坯进行干燥处理，将干燥后的坯体放入排胶炉内，排胶温度为550~650℃，排胶后的样品经1300~1500℃高温烧结2~4h，得到具有直通孔结构的阳极支撑体。

优选的，步骤（1）中，电解质粉体为氧化钇稳定的氧化锆或者氧化钐/氧化钆掺杂的氧化铈。