[发明专利]一种高温固体氧化物燃料电池/电解池有序电极构筑的方法

说明书

本发明提供了一种高温固体氧化物燃料电池/电解池用电极的制备方法，包括以下步骤，首先将电解质粉体、金属粉体、助剂和有机溶剂进行球磨混合后，得到电极流延浆料；然后将上述步骤得到的电极流延浆料脱泡和静置陈化后，进行流延，得到陶瓷膜生胚；再将上述步骤得到的陶瓷膜生胚进行激光辐照切割后，形成表面具有凹凸有序结构的生坯电极；最后将上述步骤得到的生坯电极经过烧结后，得到电极。本发明构建了介孔和大孔均匀分布的电极结构，能够有效扩大电极与电解质或电极与反应物的界面长度，减少浓差极化的影响，从而提高电池性能，增强界面稳定性，而且采用这种结构的电池厚度几乎不变，并且没有引入其他组分。

技术领域

本发明属于高温固体氧化物燃料电池/电解池制备技术领域，涉及一种高温固体氧化物燃料电池/电解池用电极的制备方法，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池/电解池有序电极构筑的方法。

背景技术

高温固体氧化物燃料电池/电解池(SOC)是一种能够在较中高温度下实现燃料化学能和电能转化的全固态陶瓷器件，其工作方式包括SOFC和SOEC。SOFC模式是利用氢气、天然气等燃料直接产生电能，节能环保；SOEC模式则是指将电池与可再生能源技术结合起来，将多余的电能用于水和二氧化碳的电解，产生合成气，再通过费托反应来制造燃料或高价值的化工产品，是未来有前景的能源转化储存和碳中和技术。

为实现固体氧化物燃料电池/电解池(SOFC/SOEC)更高的功率，现有的研究分别在高催化活性电极材料和电极结构设计方面进行研究布局。在电极结构设计方面，可通过减少颗粒的尺寸可以增加三相界面(离子导体、电子导体、反应气体)的长度，但纳米尺寸的颗粒表面能大，在高温反应条件下易发生团聚现象。再如，使用淀粉、高分子材料等造孔剂，通过高温氧化，在陶瓷氧化物之间的空穴，但造孔剂在陶瓷氧化物之间难于分散，导致介孔、微孔的尺寸分布不均，重复性差的问题。而且介孔密度大、微孔密度小导致电极强度差，电极容易开裂；介孔密度小、微孔密度大导致电极表面处的大尺寸气体分子无法传输到三相界面处。

因此，如何找到一种更为适宜的方式，构建孔径尺寸合理分布的固体氧化物燃料电池/电解池的电极界面对反应物的传质，催化反应的研究具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高温固体氧化物燃料电池/电解池用电极的制备方法，特别是一种固体氧化物燃料电池/电解池有序电极构筑的方法，本发明提供的有序电极构筑的新方法，能够获得介孔，大孔合理分布的电极/电解质界面，避免浓差极化现象。而且制备方法合成步骤简单，适合于大规模生产推广和应用。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池/电解池用电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将电解质粉体、金属粉体、助剂和有机溶剂进行球磨混合后，得到均匀分散的电极流延浆料；

2)将上述步骤得到的电极流延浆料脱泡和静置陈化后，进行流延加工成膜，得到陶瓷膜生胚；

3)将上述步骤得到的陶瓷膜生胚进行激光辐照切割后，形成表面具有凹凸有序结构的生坯电极；

4)将上述步骤得到的生坯电极经过烧结后，得到介孔和大孔均匀分布的熟胚电极结构。

优选的，所述电解质粉体包括ZrO₂基电解质、CeO₂基电解质、LaGaO₃基电解质、BaCeO₃基电解质和BaZrO₃基电解质中的一种或多种；

所述金属粉体包括Ni、Ni的氧化物、Pd和Pt中的一种或多种；

所述助剂包括增塑剂、粘结剂、分散剂、除泡剂和造孔剂中的一种或多种。

优选的，所述有机溶剂包括共沸有机溶剂；

所述共沸有机溶剂包括乙醇/丁酮共沸溶液、乙醇/二甲苯共沸溶液和乙醇/三氯乙烯共沸溶液中的一种或多种；