[发明专利]流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池

说明书

本发明公开了一种流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池，包括以下步骤：（1）制备镍基阳极粉末；（2）制备阳极、石墨和电解质流延浆料；（3）流延法制备复合阳极层；（4）固化；（5）流延法制备电解质层；（6）对镍基阳极‑电解质共同体进行压片、打孔和共烧；（7）制备阴极浆料，涂刷法制备阴极，高温烧结后得到镍基阳极支撑固体氧化物燃料电池。本发明制备的镍基阳极支撑体固化过程中由于N‑甲基吡咯烷酮溶于水而形成特殊指状孔结构，有效增大了阳极反应面积，促进电池阳极侧反应的进行，同时降低了电池电阻，进而提升电池性能。另外，本发明采用流延共烧法一步制备镍基阳极支撑体与电解质，有效简化了制备工艺，节省成本。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，特别涉及流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）具有全固态结构、能量转化效率高、燃料适用性强等优势，使其有望成为一种高性能、低成本的绿色清洁型电池。作为SOFC核心部件之一，阳极材料是保证SOFC电化学反应顺利发生的关键。当前，Ni-YSZ阳极材料由于其高电子导电率、高催化活性、低成本等优势是综合效果最好的SOFC阳极材料。但仍需进一步优化阳极结构，保持足够的孔隙率及反应位点，进而提升SOFC电化学性能与稳定性。

SOFC主要构成为阳极、电解质和阴极。传统的制备工艺是将阳极、电解质和阴极分步制备，制备过程复杂，经济成本较高。

基于以上原因，本发明设计流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池，制备的阳极支撑体呈指状孔微观结构，有利于阳极侧反应的进行及SOFC性能的提升。另外，通过共烧法一步直接制备镍基阳极支撑体与电解质，有效简化制备工艺，降低经济成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制备过程，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

流延共烧法制备镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池，包括以下步骤：

将氧化镍粉末和YSZ粉末通过湿磨法混合，烘干后进行预烧结，然后进行研磨与过筛，得到混合均匀且细腻的镍基阳极复合材料；

采用电动搅拌器将聚乙烯吡咯烷酮、聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮混合均匀，然后加入镍基阳极复合材料，继续搅拌得到混合均匀的镍基阳极流延浆料；

采用湿磨法将石墨粉末、粘结剂、增塑剂和分散剂混合均匀，得到石墨流延浆料；

采用湿磨法将YSZ电解质粉体、粘结剂、增塑剂和分散剂混合均匀，得到电解质流延浆料；

在平整光滑的玻璃板上平行的贴上两条透明胶带，厚度为2 mm，长度为15 cm，两条胶带的间距为10 cm。先在玻璃板上流延一层石墨层，待溶剂挥发到石墨层形成胶膜后，再在其上流延一层镍基阳极层，形成复合阳极流延层；

将覆有复合阳极流延层的玻璃板水平放于水中浸泡，浸泡时间为12-24小时，凝固后取出擦干，制得镍基阳极支撑体前驱体；

在镍基阳极支撑体前驱体表面继续流延一层电解质，自然放置至表面形面胶膜；

对镍基阳极-电解质共同体进行压片、打孔和共烧结；

采用研磨法将LSM粉体与粘结剂混合均匀，得到阴极浆料，采用涂刷法在电解质表面制备阴极，高温烧结后得到镍基阳极支撑型固体氧化物燃料电池。

优选地，所述步骤（1）中湿磨法混合，氧化镍粉末、YSZ粉末质量比为6:4，采用无水乙醇为介质，以200 rmp/分钟的转速球磨5小时。

优选地，所述步骤（1）中预烧结温度为1000 ℃，升温速率为5-7 ℃/分钟，保温10小时，然后自然冷却至室温。

优选地，所述步骤（1）中过筛，采用200目的筛网过筛镍基阳极复合材料。