[发明专利]阳极/电解质半电池、阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其制法

说明书

本发明提供了一种阳极/电解质半电池、阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其制法，阳极/电解质半电池的制法包括制备NiO‑YSZ阳极支撑体流延片；对NiO‑YSZ阳极支撑体流延片的一侧表面进行微加工处理，使其表面形成特殊的正交网状结构；对处理后的NiO‑YSZ阳极支撑体流延片进行预烧结；在预烧结后的阳极支撑体表面涂覆纳米粉体浆料，干燥后形成阳极功能层；于阳极功能层上涂覆YSZ电解质层后高温烧结。阳极支撑型固体氧化物燃料电池包括阳极/电解质半电池以及涂覆于阳极/电解质半电池的YSZ电解质层表面的LSM‑YSZ复合阴极层。该阳极支撑型固体氧化物燃料电池具有优异的结构稳定性、活性及电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种阳极/电解质半电池、阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其制法，属于固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能够将燃料(氢气、甲烷等可燃气体)的化学能直接转化为电能的能源转换装置，具有燃料适用性强、能量转换效率高、环境污染小等优点。然而，为了保证固态电解质有足够高的离子电导率，传统的SOFC需要在高温(～800℃)下运行。这便带来了诸多问题，例如：不同材料的热膨胀率较难匹配，各部件在高温下的长期稳定性较难保证，电池制造成本较高，这些问题都在阻碍着SOFC的快速发展。因此，降低SOFC的运行温度是加速其市场化的关键途径之一。可以通过两种策略降低SOFC的运行温度。一方面，可以提高阳极、阴极和电解质等材料的性能。例如，采用高离子电导率的材料代替传统的YSZ电解质，降低电池的欧姆损失。另一方面，可以通过对电池结构的优化来提高SOFC在中低温下的电化学性能。例如，电极表面及微观结构、电极-电解质界面修饰等。

因此，提供一种新型的阳极/电解质半电池、阳极支撑型固体氧化物燃料电池及其制法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种阳极/电解质半电池的制作方法。

本发明的另一个目的还在于提供由以上所述的阳极/电解质半电池的制作方法制得的阳极/电解质半电池。

本发明的又一个目的还在于提供一种阳极支撑型固体氧化物燃料电池。

本发明的再一个目的还在于提供以上所述的阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制作方法。本发明可改善阳极支撑型固体氧化物燃料电池电极/电解质界面，从而使所述的阳极支撑型固体氧化物燃料电池具有优异的结构稳定性、活性及电化学性能。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种阳极/电解质半电池的制作方法，其中，所述制作方法包括：

(1)将NiO粉体、YSZ粉体、造孔剂、分散剂溶于溶剂中并对所得混合物进行球磨，待混合均匀后，向所得浆料中加入粘结剂与增塑剂，继续球磨，对混匀的浆料进行抽真空处理后将浆料流延至聚酯薄膜上，再进行干燥后得到NiO(氧化镍)-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)阳极支撑体流延片；

(2)对所述NiO-YSZ阳极支撑体流延片进行切割后再对其一侧表面进行微加工处理，以使其表面呈现正交网状结构；

(3)对步骤(2)中得到的表面处理后的NiO-YSZ阳极支撑体流延片进行预烧结；

(4)在步骤(3)所得预烧结后的NiO-YSZ阳极支撑体的修饰面(即经表面处理一侧的表面)涂覆纳米粉体浆料，干燥后形成阳极功能层；

(5)再于所述阳极功能层表面涂覆YSZ电解质层，再经干燥、焙烧后得到所述阳极/电解质半电池。

作为本发明以上所述的阳极/电解质半电池的制作方法，其中，步骤(1)中，所述的NiO粉体与YSZ粉体的质量比为3:7～7:3。

作为本发明以上所述的阳极/电解质半电池的制作方法，其中，步骤(1)中，所述造孔剂的用量为NiO粉体与YSZ粉体总质量的5～30％。