[发明专利]一种新型结构的固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型结构的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池由中间层及对称设置在所述中间层两侧的阴极层和阳极层组成；所述中间层为结构致密的YbSZ电解质基板，所述阴极层和阳极层均为浸渍有电极材料的YbSZ电解质薄片，所述YbSZ电解质薄片为疏松多孔结构。本发明的新型结构的固体氧化物燃料电池，结构设计新颖独特，具有稳定性强、运行寿命长和制造成本低的优点，可满足固体氧化物燃料电池长期稳定运行的要求。本发明还公开了一种该新型结构的固体氧化物燃料电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种新型结构的固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种已经存在的直接将化学能转化为电能的能源转化装置，其具有适用范围广的优点。就目前的商用SOFC(即传统的SOFC)而言，虽然在高温的工作条件下，也能够表现出优异的功率输出密度和良好的稳定性，但是作为商用电池，成本以及盈利为商业之根本，而传统SOFC的现有技术为多层结构，不仅制备工艺复杂，而且成本比较高。除此之外，传统SOFC在现有技术的工况下运行，电池容易在经历热循环和氧化还原循环的过程中造成应力的不均衡，这会使电池变形甚至破裂，从而导致电池的性能快速衰减甚至是不能正常工作。传统SOFC还存在一个问题，就是对于燃料气的要求比较高，一般选用纯度比较高的H₂，如果使用天然气或者碳氢等燃料气时，容易造成电池硫中毒和碳沉积。

鉴于此，亟需提供一种稳定性强、运行寿命长和制造成本低的固体氧化物燃料电池，以提高固体氧化物燃料电池运行过程中的稳定性和运行寿命。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种新型结构的固体氧化物燃料电池及其制备方法，以解决现有固体氧化物燃料电池稳定性弱、运行寿命短和制造成本高的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型结构的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池由中间层及对称设置在所述中间层两侧的阴极层和阳极层组成；所述中间层为孔隙率为8-10％的结构致密的YbSZ电解质基板，所述阴极层和阳极层均为浸渍有电极材料的YbSZ电解质薄片，所述YbSZ电解质薄片为疏松多孔结构。

所述中间层的制备方法为：将氢氧化锆在450～550℃下煅烧2h获得氧化锆，所述氧化锆与乙酸镱四水合物(Yb(Ac)₃·4H₂O)以1:8.5～10.5的摩尔比进行球磨12h，然后在400℃下干燥4h并粉碎，再在1050～1250℃下煅烧2h，降温后得到5YbSZ粉末；将2-丁酮酸与乙醇按1～3:1的体积比进行混合，得到均匀的混合溶剂；最后将制备得到的所述 5YbSZ粉末和混合溶剂与聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯按照100:50～70:2～4:1～3的质量比进行混合，并进行球磨12～20h，制备得到电解质浆料；将所述电解质浆料通过流延法制备得到所述中间层。

所述中间层的厚度为60～150μm。

所述疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片的制备方法为：将氢氧化锆在450～550℃下煅烧2h获得氧化锆，所述氧化锆与乙酸镱四水合物(Yb(Ac)₃·4H₂O)以1:8.5～10.5的摩尔比进行球磨12h，然后在400℃下干燥4h并粉碎，再在1050～1250℃下煅烧2h，降温后得到5YbSZ粉末；将2-丁酮酸与乙醇按1～3:1的体积比进行混合，得到均匀的混合溶剂；最后将制备得到的所述5YbSZ粉末和混合溶剂与聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯按照100:50～70:2～4:1～3的质量比进行混合，并进行球磨12～20h，制备得到电解质浆料；向上述电解质浆料中按质量比例10％～50％加入淀粉，继续球磨6～10h，通过流延法制备得到所述疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片。

在所述阴极层和阳极层中，疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片的厚度均为 60～90μm。