[发明专利]一种燃料电池/电解池多孔金属支撑体及其增材制备方法

说明书

本申请公开了一种燃料电池/电解池多孔金属支撑体及其增材制备方法，属于燃料电池/电解池领域。多孔金属支撑体包括：平板状的基层和多个一体成型于基层的贯穿直孔。贯穿直孔等效孔径不大于200微米，孔深小于或等于基层厚度的1.5倍，且以使基层孔隙率为5％至80％的数量存在。多孔金属支撑体采用增材制造一体成型。成型过程包括：获取多孔金属支撑体的三维模型、模型处理及制备路径规划、准备增材制造材料、设定制备参数及制备多孔支撑体。所述多孔金属支撑体采用贯穿直孔设计，并采用增材制造技术实现多孔金属支撑体内机构的精细调控，相较于传统工艺，本发明的实施有利于高效电极开发和高性能电池/电解池的研究与应用。

技术领域

本申请涉及燃料电池/电解池领域，具体而言，涉及一种燃料电池/电解池多孔金属支撑体及其增材制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池/电解池是一种高效的能量转换装置，其可将燃气的化学能高效转换为电能/电能转换为化学能。

固体氧化物燃料电池/电解池主要组成为阳极、电解质和阴极。目前，存在较厚电解质支撑的固体氧化物燃料电池/电解池、较厚阳极支撑的固体氧化物燃料电池/电解池、较厚阴极支撑的固体氧化物燃料电池/电解池以及金属支撑的固体氧化物燃料电池/电解池。

发明内容

为改善金属支撑固体氧化物燃料电池/电解池的性能欠佳的问题，本申请提出了一种燃料电池/电解池多孔金属支撑体及其增材制备方法。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种用于固体氧化物燃料电池/电解池作为支撑结构的多孔金属支撑体。该多孔支撑体包括基层和设置于基层的多个贯穿直孔。其中基层为平板状，并具有在厚度方向对置分布的第一表面和第二表面。全部的贯穿直孔一体成型于基层并贯穿第一表面和第二表面。全部的贯穿直孔以使基层的孔隙率为5％至80％的数量存在，每个所述贯穿直孔等效孔径不大于200微米。

通过对贯穿直孔断面轮廓最大周长的选择，可以对其等效孔径进行限制。因为，当贯穿直孔的等效孔径过大时，在其表面制备致密涂层需增加涂层厚度，而厚度的增加必然带来更多的阻抗和效率损失。其中的等效孔径的计算方式如下：

(1)、首先获得贯穿直孔的截面面积S，如为方形孔则其截面面积为边长的乘积，如为三角孔则为底乘高的一半等等。

(2)、然后以获得的贯穿直孔截面面积作为等效圆的面积，计算该等效圆的直径，计算公式如下：

上式获得的直径D值即为等效圆的直径。

此外，贯穿直孔的数量过少时，燃料电池中的反应气无法高效顺利通过。当贯穿直孔的数量过多时，则难以在其表面制备致密的涂层，从而使电池/电解池失效、或者效率极低。换而言之，合适的孔隙率在一方面允许反应气的大量通过、产物气的及时排出，并且在另一方面能为制作于其表面的功能涂层提供足够的机械支撑，从而提高电池/电解池的服役寿命。

多孔金属支撑体的制作材料为铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金中的一种或多种。贯穿直孔的沿径向的断面的轮廓形状分别独立地包括圆形、方形、菱形、椭圆形、扁形或三角形；贯穿直孔在第一表面的轮廓形状与贯穿直孔在第二表面的轮廓形状相同或相异；贯穿直孔在轴向的全长范围内，沿径向断面的轮廓的周长相同或渐变；贯穿直孔的内壁是凹凸状或平整状。