[发明专利]高温电解池用陶瓷隔板的制作方法

说明书

本发明公开了一种高温电解池用陶瓷隔板的制作方法，包括：将铬酸镧粉体、添加剂及助烧剂按比例混合，制成混合粉料；混合后的粉料地装填入模具中进行模压成型，形成毛坯；成型后的毛坯在电阻炉中进行高温烧结。本发明制备的SOEC陶瓷隔板密度大，强度高，密封效果更佳，电阻率低，长时间使用电阻变化小。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷隔板的制作方法，具体是，涉及一种高温电解池用陶瓷隔板的制作方法。

背景技术

高温固体氧化物电解池制氢(solid oxide electrolytic cells,SOEC)理论上是固体氧化物燃料电池(SOFC)的逆过程，于本世纪初开始较为系统地研究，由于其能较低成本地与核反应堆耦合，利用反应堆余热高效制氢，实现氢能与核能和谐共同发展成为可能，从而成为未来极具发展潜力的工业化规模化制氢技术。高温电解制氢的能量来源由两部分构成，电能和高温热能：ΔH＝ΔG+TΔS。随着温度的升高，所需的电能在总能量中的比例逐渐降低，即对于高温电解制氢工艺，温度越高制氢效率越高。

SOEC对连接体隔板材料高温下的导电性、物理和化学稳定性及热膨胀性能要求很高。隔板的主要作用是隔离电解池组中两片相邻单电池的氢气与氧气，要求尺寸稳定性高、气密性好、高致密度，导入和导出电流的电导率优良，这样整个SOEC体系的导电效率才能保证；支撑整个SOEC体系要求材料具有高致密度和优良的力学性能，并要求有相匹配的热膨胀性，这样整个体系不会因为高温变形而失效。

目前，国内外多采用不锈钢材料，其制作成本低，但是，不锈钢材料在高温环境下，并且两侧是氧化和还原两种气氛的使用过程中，会出现所含Cr元素污染电极的问题，氧电极侧的氧化导致SOEC隔板电导率下降，氢电极侧所含碳的析出引起隔板材料变脆开裂失去强度。

当前国内外研究较深入，并且效果较好的陶瓷隔板材料是铬酸镧(LaCrO₃)材料，以替代不锈钢隔板材料。铬酸镧陶瓷隔板的制备技术以冷等静压成型后烧结和热压烧结两种工艺为主。

(1)冷等静压成型后烧结工艺。

采用在铬酸镧粉体中加入水剂粘合剂，如聚乙烯醇、甲基纤维素、甘油等，混合后的湿料放入模具一次成型，再经过等静压成型形成二次毛坯，最后烧结得到SOEC隔板。

缺点是水剂粘合剂在烧结时会挥发脱水，有机类的粘合剂以CO₂形式排气，在最终烧结的隔板内会留下气孔，致密度大幅度降低，密度小于理论密度的93％，气孔率大于5％，从而影响到隔板的尺寸稳定性、气密性、电导率以及力学强度。

(2)热压烧结隔板工艺。

采用铬酸镧干粉，在真空压力烧结炉中，烧结温度1100℃～1800℃，压力10MPa～200MPa烧结而成。

由于其在真空或气氛保护环境烧结，LaCrO₃材料的导电机制以[O]空位补偿机制为主，氧空位浓度增大，LaCrO₃材料的电阻增加，导电性大幅度降低，电阻率大于10⁴Ω·cm数量级，无法满足隔板导入导出电流的要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种高温电解池用陶瓷隔板的制作方法，制备的SOEC陶瓷隔板密度大，强度高，密封效果更佳，电阻率低，长时间使用电阻变化小。

技术方案如下：

一种高温电解池用陶瓷隔板的制作方法，包括：

将铬酸镧粉体、添加剂及助烧剂按比例混合，制成混合粉料；

混合后的粉料地装填入模具中进行模压成型，形成毛坯；

成型后的毛坯在电阻炉中进行高温烧结。