[发明专利]一种固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于固体氧化物燃料电池的支撑电极层，所述支撑电极层通过挤出成型法制得，制备所述支撑电极层的混合料中包括陶瓷纤维，所述陶瓷纤维被还原后可转化为可传导电子的导体。本发明还提供了一种包括上述支撑电极层的固体氧化物燃料电池及其制备方法，得到的固体氧化物燃料电池的电子导电效率高，电阻小，韧性和强度高，使用寿命长。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体地涉及一种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作为一种绿色清洁的能量储存-转换装置，电化学效率高，发展前景好。

固体氧化物燃料电池包括按厚度方向层叠设置的阳极层、电解质层和阴极层，阳极和阴极上与外电路之间需要进行电子传导以形成电流，阳极材料和阴极材料的电子传导效率影响着电池的电学性能，因此，如何增大电极材料的电子传导效率以改进电池的电学性能是研究固体氧化物燃料电池需要解决的问题。

而且，固体氧化物燃料电池在厚度方向上两端之间的距离，相比较其他方向上两端之间的距离是非常小的，因此，集流端的位置不同会导致电子传导的路径相差较大(集流端即阴极或者阳极上与外电路连接用于收集电流的位置，为了便于称呼，本发明集流端在厚度方向上时，称其为在电极层的上表面或者下表面，集流端不在厚度方向上时，称其为在电极层的侧面)，影响电学性能；当集流端在电极的上表面或下表面时，电极上各处位置到集流端的距离最短，电子传导路径最短，但是有些电池由于结构、形状或者其他特殊要求，其集流端并不都能位于厚度方向上，即不能位于电极层的上下表面，而是位于电极层的侧面(如图3中就是一种阳极支撑的固体氧化物燃料电池，由于设置了双阴极结构，其阳极支撑层的集流端只能位于侧面)，当集流端位于电极的侧面时电极内各处到集流端位置的距离特别远，其电子传导路径特别长。因此，这种电池更是急需增大电子传导效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于固体燃料电池的支撑电极层，以及包括该支撑电极层的固体氧化物燃料电池及其制备方法。

本发明提供的一种用于固体燃料电池的支撑电极层，所述支撑电极层通过挤出成型法制得，制备所述支撑电极层的混合料中包括陶瓷纤维，所述陶瓷纤维被还原后可转化为可传导电子的导体。

与现有技术相比，本技术方案具有以下有益效果：采用挤出成型法制备支撑电极层并在制备支撑电极层的混合料中加入陶瓷纤维，由于挤出工艺的取向效应，即在挤出压力和挤制腔壁的剪切力的共同作用下，使得混合料在挤出的同时，陶瓷纤维发生偏转，沿着流动方向舒展伸直和取向，从而进行定向排布，成型后的坯体中绝大部分陶瓷纤维可按同一方向排列，固体氧化燃料电池使用前需要进行还原处理，将陶瓷纤维转化成可传导电子的导体纤维，则可加速该方向上的电子传导效率，导电效率可提高5％～10％，降低电子迁移路径即降低电阻；此外，由于陶瓷纤维还能起到增韧的作用，增加支撑电极层的韧性和强度，延长使用寿命。

优选的，所述支撑电极层为管式。本优选方案的有益效果为：管式的支撑电极层制备时，是沿管的长度方向(与厚度方向垂直)进行挤出的，陶瓷纤维也沿管的长度方向定向排布，这种管式支撑电极层尤其适合应用到支撑电极层的集流端在侧面的电池。

优选的，所述支撑电极层为板式，所述支撑电极层上设有中空通道。本优选方案的有益效果为：在板式支撑电极层中设置中空通道，即该支撑电极层为板管式，一方面可以加快燃料或者氧气在支撑电极层中的扩散速度；另一方面设有中空通道的板状支撑电极层可用于制备具有双非支撑电极层结构的板管式固体氧化物燃料电池，提高电池功率；进一步优选的，所述板式支撑电极层上设有两个及以上的中空通道，可以增大气体或者燃料与支撑电极层的接触面积，所述中空通道的横截面为圆形，圆形的通道可以加大流通在支撑电极层内的扩散速度，而且圆形的中空通道使得支撑电极层强度更高，使用时，各处受流体的压力更相近，对支撑电极层损坏更小。