[发明专利]一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法，属于燃料电池/电解池技术领域。其包括：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行设计并建模；对连接体本体的模型进行位置摆放、格式转换、缺陷修复及切片处理；采用增材制造的方法制备连接体本体；对连接体本体进行后处理；采用喷涂或镀膜的方法制备防护涂层。采用增材制造方法制备连接体本体，可实现连接体本体复杂结构的精细化制备。本发明可实现高质量连接体的可控制备，显著提高连接体的一致性，有利于提升燃料电池/电解池堆的稳定性和使用寿命。同时，本发明涉及的制备方法周期短、成本低，对燃料电池/电解池的推广和应用具有较强的现实意义。

技术领域

本发明涉及燃料电池/电解池技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是燃料电池的一种，它通过化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能的全固态发电装置，其主要由阳极层、电解质层和阴极层3部分组成。与传统热机发电技术相比，SOFCs最大特点是发电过程不涉及燃烧，故其能量转换效率不受卡诺循环限制。一次电效率可达50％-60％，与汽轮机联动后，能量转化效率可达80％以上。同时，SOFC对环境友好，发电过程中产生的污染物排放量低，甚至可以实现零污染。此外，SOFC还具有燃料适用范围广、长期稳定性高、不须用贵金属作催化剂等优点。因此，SOFC是实现高效环保发电最具应用前景的燃料电池之一。

SOFC连接体具有两个主要作用：一是把单电池连接起来，提高输出电压、电流和功率；二是将阳极侧的燃料气和阴极侧的氧化气隔离开来。与传统陶瓷连接体相比，金属连接体具有高电导率/热导率，容易加工成复杂形状，制造成本低，力学性能优良等优点，十分适合用作中低温SOFC连接体材料。传统连接体制备方法采用粉末冶金，冲压成型或精加工等工艺，易翘曲变形或难以实现复杂结构的精细化制备。

此外，即便在中低温下工作的SOFC，金属材料的氧化依然无法避免。为了提高金属耐高温氧化性能，通常往金属基体中添加Cr元素。然而Cr在高温氧化后会增大电池内阻，并将挥发毒化阴极，导致SOFC性能退化。因此，需在金属连接体表面涂覆防护涂层，以抑制金属连接体的氧化，降低连接体与SOFC电极之间的界面电阻，并隔绝Cr向阴极表面的挥发、沉积与毒化，保持SOFC性能的稳定性。

固体氧化物电解池(SOEC)是固体氧化物燃料电池/电解池的逆运行装置，具有与后者相同的结构形式，可用于高温电解水制取氢气、电解二氧化碳制取一氧化碳，因此固体氧化物电解池连接体与固体氧化物燃料电池连接体存在类似的问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法以实现高质量连接体的可控制备，显著提高连接体的一致性，有利于提升燃料电池/电解池堆的稳定性和使用寿命。

本申请可这样实现：

本申请提供的固体氧化物燃料电池/电解池连接体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体进行结构功能一体化设计并建模；

步骤2：对固体氧化物燃料电池/电解池连接体的连接体本体的模型进行以下处理：位置摆放、格式转换、缺陷修复以及切片处理；

步骤3：采用增材制造的方法按连接体本体的模型制备连接体本体；

步骤4：对增材制造得到的连接体本体进行后处理；

步骤5：采用喷涂或镀膜的方法在后处理过的连接体本体的表面制备防护涂层。

在可选的实施方式中，步骤1中，固体氧化物燃料电池/电解池连接体的结构功能一体化设计包括连接体本体设计以及防护涂层设计。

在可选的实施方式中，连接体本体的设计包括连接体本体的结构、尺寸、材料以及表面状态设计。