[发明专利]一种蜂窝状高性能的固体氧化物可逆电池氢电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高孔隙率的蜂窝状固体氧化物可逆电池氢电极的制备方法，属于固体氧化物可逆电池技术领域。通过优化相转变流延法制备的分子式为氧化镍和氧化钇稳定的氧化锆复合的多孔氢电极，这种氢电极由质量分数为60%的NiO和40%的YSZ组成，这种通过优化相转变流延法制备的蜂窝状氢电极的孔隙率要远高于普通的流延法制备的流延片。在以氧离子导体电解质YSZ和SSNC为氧电极时，相应单电池在750℃下时，在固体氧化物燃料电池模式下在，优化的流延法制备的电池能够获得2.3 W cm^‑2的最大输出功率；在固体氧化物电解池模式下，在1.3 V时能得到‑1.59 A cm^‑2的最大电流密度。

技术领域

本发明涉及一种高孔隙率的三维蜂窝状固体氧化物可逆电池氢电极的制备方法及其应用。

背景技术

固体氧化物可逆电池（SOC）是一种具有应用前景的能量转换和储存装置，因其具有能量转换效率高、清洁无污染、可模块化操作和全固态结构等优点，是实现节能减排和可持续发展的一种可行装置。固体氧化物可逆电池分为固体氧化物燃料电池（SOFC）和固体氧化物电解池（SOEC）两种模式，在SOEC模式下，利用可再生能源的剩余电力将水电解成氢气储存起来，之后在SOFC模式下又将氢气所储存的化学能转化为电能用于人们的日常生活与生产，产生的水又能作为SOEC下的原料气，经济环保。传统的固体氧化物可逆电池氢电极主要组成是Ni-YSZ，具有存储量丰富和价格低廉的优点，但是其性能还有待进一步提高，这就严重阻碍了其大规模的商业化应用。同时传统的氢电极的制备工艺孔隙率较低，因而需要发展更加先进的制造技术对传统的氢电极进行优化，以制备出高性能的固体氧化物可逆电池。

发明内容

本发明提出了一种采用相转变方法制备高孔隙率的可逆电池氢电极的方法，本方法制备得瑟牟电极材料具有较高的孔隙率，同时也表现出了较高的催化活性位，使得电池性能进一步的优化；并且，本方法的方法中相转变过程中所使用溶剂为绿色溶剂，对环境污染小，具有环保的优点。

本发明制备出了高孔隙率的蜂窝状固体氧化物可逆电池氢电极，改善现有传统氢电极制备工艺复杂以及孔隙率不高的不足。本发明提供的相转变流延法，通过改变聚合物、溶剂和非溶剂的组分，对Ni-YSZ氢电极孔道结构进行调控，得到蜂窝状的孔道结构。通过相转变法可以将氢电极的孔隙率由32.1％提升至60.8％，同时形成三维蜂窝状结构，为电池在SOFC和SOEC模式下提供足够的反应活性位。

技术方案：

本发明的第一个方面，提供了：

一种相转变法制备的固体氧化物可逆电池氢电极材料，其组成通式为Ni-YSZ，孔道结构为三维蜂窝状。

在一个实施方式中，电极材料的孔隙率55-65%。

本发明的第二个方面，提供了：

上述的相转变法制备的固体氧化物可逆电池氢电极材料的制备方法，包括如下步骤：

第1步，将NiO和YSZ与适量的二甲苯、乙醇和鱼油混合后，在球磨机上球磨；

第2步，再在球磨机中加入聚乙二醇400、邻苯二甲酸二辛酯、环己酮和聚乙烯醇缩丁醛，继续球磨；

第3步，对第2步球磨后的浆料进行脱泡处理后，在流延机上流延成型，再浸入水相中；浸泡小时后将流延带取出，干燥、煅烧后，得到电极材料。

在一个实施方式中，NiO和YSZ的质量比是6:4。

在一个实施方式中，第1步中和/或第2步中的球磨时间是12-24h。

在一个实施方式中，第1步中，二甲苯、乙醇和鱼油与NiO和YSZ的质量比是70:50:6:120:80。