[发明专利]一体化结构、电池/电解池及电池堆的制备方法

说明书

本发明提供了一种一体化结构、电池/电解池及电池堆的制备方法。所述方法包括：通过设计不同流道形状的造孔剂，之后逐层铺粉，再利用模压成型与粉末冶金的制备方法，制备出自密封的连接体与支撑体一体化的结构。并且在支撑体与连接体一体化结构的金属多孔区域上利用流延成型、湿法或者喷涂的方式依次制备阳极、电解质、阴极，使得阳极覆盖金属多孔区域，电解质覆盖阳极区域，最终制备完成自密封单电池/电解池。通过本发明的制备方法，有效的简化了电池堆的制造工艺，降低了电池堆的密封工作量，有利于降低电池的制造成本，有利于固体氧化物电池的商业化推广。

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一体化结构、电池/电解池及电池堆的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell，缩写为SOFC)是一种能源转化装置，其将燃料的化学能直接转化为电能，具有发电效率高，无环境污染，无噪音等优点。传统的SOFC单电池由阳极，电解质，阴极组成。根据提供电池强度的支撑类型，可以分为阳极支撑型SOFC、阴极支撑型SOFC与电解质支撑型SOFC，分别通过将其中一个组件加厚(约1mm)而提供支撑。由于陶瓷材料的固有脆性，上述支撑型的SOFC机械强度仍然不高，且加厚电极或电解质部件会导致电池性能的下降。

金属支撑型SOFC是一种新型SOFC结构。利用多孔金属作为支撑，将阳极、电解质和阴极依次制备其上。由于金属支撑体的采用，该结构具有良好的机械强度与抗热震能力，且电极与电解质部件可以做成薄膜形式，这不仅降低了成本还提高了电池的输出性能。

SOFC单电池必须固定在金属连接体上使用，连接体可以提供气体流道并导出电流。传统的阳极支撑SOFC，阴极支撑SOFC与电解质支撑SOFC与连接体主要通过玻璃密封材料来实现连接与密封，不仅成本较高稳定性也较差。金属支撑SOFC由于使用金属支撑体，因此可以使用传统的焊接技术实现支撑体与连接体的连接，相关技术中的焊接方法有钎焊、激光焊。

但是，SOFC的工作温度在600-800℃之间，在如此高的温度之下，焊接连接处存在应力不均匀、成分不均匀等问题，以及焊缝的密封性与抗氧化能力较弱等问题，均会影响电池的长期稳定性，造成电池性能衰减。

因此，连接体与支撑体之间的连接与密封问题仍然是本领域关键问题，若可以解决则极大推动本领域发展。同样，固体氧化物电解池也存在类似的密封问题。

发明内容

本发明提供一种一体化结构、电池/电解池及电池堆的制备方法，以解决上述问题中的金属支撑体与连接体之间的连接与密封问题。

第一方面，本发明提供了一种支撑体与连接体一体化结构的制备方法，所述方法包括：

利用造孔剂粉末，制备第一造孔剂块体和第二造孔剂块体，所述第一造孔剂块体和所述第二造孔剂块体各自的内部分布有多个孔隙；

将金属粉末与造孔剂粉末混合，制备多孔金属支撑体前驱体粉末；

将所述第一造孔剂块体放置于模具中，在所述第一造孔剂块体上铺放所述金属粉末，形成第一金属粉末层；

在所述第一金属粉末层上，放置所述第二造孔剂块体；

在所述第二造孔剂块体的多个孔隙内部填充所述金属粉末，得到填充后的第二造孔剂块体；

在填充后的第二造孔剂块体上铺放所述多孔金属支撑体前驱体粉末，形成第二金属粉末层，得到多层结构体系；

在所述多层结构体系与所述模具之间的间隙中，填充所述金属粉末，得到所述金属粉末包围所述第二金属粉末层的填充结构体系；

对所述填充结构体系进行压制，得到成型生坯；

去除所述成型生坯中的造孔剂，得到处理后的生坯；

焙烧所述处理后的生坯，得到连接体与支撑体一体化结构。