[发明专利]一种利用改进的液相辅助烧结机制来制备SOFC陶瓷连接体的方法

说明书

本发明公开了一种利用改进的液相辅助烧结机制来制备SOFC陶瓷连接体的方法，固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为La_xSr_1‑xCr_yFe_1‑yO_3‑σ，其中x=0.5～1;y=0.1～0.5，厚度为10～20μm；具体制备方法如下步骤：1）镧锶铬铁氧化物粉体的制备；2）提拉法制备连接体并实现与阳极的共烧。本发明利用一种改进的液相辅助烧结机制，从材料本身的性能入手，利用简单的提拉制备法即可使得连接体烧结致密，同时实现SOFC的Ni‑YSZ阳极与陶瓷连接体共烧，大大节省了制备陶瓷连接体的成本。

技术领域

本发明涉及属于电池领域，具体的说是一种利用改进的液相辅助烧结机制来制备SOFC陶瓷连接体的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种电化学装置，具有高效、清洁、能量转换效率高、对环境友好、燃料适应性强及寿命长等优点，被公认为21世纪的绿色能源转化装置。目前国际国内主流的SOFC结构主要分为平板式和管式两种，而由于管式结构相较于平板式结构具有易于封装，耐久性更强以及制作成本低等优势，得到世界各机构的广泛关注，如美国的西门子-西屋公司以及日本的三菱重工均采用管式结构。

但是SOFC单电池工作电压只有0.8 V左右，要达到能够实际应用的千瓦乃至兆瓦级发电机功率范围，需将很多单电池按照串联和并联方式组装。连接体就是将电池组装成电池堆的关键部件，它不仅为相邻电池的阴极和阳极提供电子通道，而且起着隔离相邻阳极和阴极的不同气氛的作用。因此连接体必须具备高的电子电导率、低的氧离子电导率，同时其在800℃左右的工作环境下，最重要的一个作用是隔离阴极的O₂和阳极的H₂，因此连接体必须是致密的，而且需在氧化和还原气氛下都具备良好的化学和物理稳定性，是SOFC所有组件中对材料性能要求最为苛刻的。而且管式SOFC只能采用陶瓷材料作为连接体。目前，常用的材料是铬酸镧（LaCrO₃），它因具备良好的电子电导和化学稳定性而被用作SOFC连接体达数十年，比如：西门子-西屋公司采用等离子喷涂法，沿管轴线方向制备了宽11mm、厚100μm的掺杂LaCrO₃连接体条，但是由于工艺复杂，成本很高。这是由于LaCrO₃基陶瓷材料的烧结性能不佳，使得该类材料很难在NiO-YSZ阳极上通过共烧而达到致密，因此不得不采用电化学气相沉积、等离子喷涂以及磁控溅射等方法，对设备要求高，导致SOFC连接体的制造成本往往占到整个电堆的60 %，这严重阻碍了SOFC的商业化进展。

除了采用高精尖的制备技术，另一种提高LaCrO₃烧结性能的方法是“液相辅助烧结机制”在LaCrO₃粉末中加入少量的烧结助剂，比如添加CaCrO₄，该材料熔点较低，在烧结过程中会变成液体，从而填补在LaCrO₃的缝隙中，进而提升连接体的致密度，但是这种方法不仅在连接体材料中引入了CaCrO₄杂质，该杂质还会与SOFC的电解质（YSZ，氧化钇稳定的氧化锆）发生反应生成绝缘的CaZrO₃，造成连接体的导电性能变差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用改进的液相辅助烧结机制来制备SOFC陶瓷连接体的方法，利用一种改进的液相辅助烧结机制，从材料本身的性能入手，利用简单的提拉制备法即可使得连接体烧结致密，同时实现SOFC的Ni-YSZ阳极与陶瓷连接体共烧。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：