[发明专利]固体氧化物电解池电解质/氧电极界面微结构修饰方法

摘要

本发明涉及一种固体氧化物电解池电解质/氧电极界面微结构修饰方法，属于高温蒸汽电解制氢和固体氧化物电解池领域。本发明利用氢电极和电解质在烧结过程中体积产生收缩的特性，通过两步烧结在致密的电解质上制备一层多孔YSZ，先在氢电极支撑体上涂覆一层电解质，进行预烧，使氢电极/电解质二合一片体积产生一定的收缩，然后再在电解质上涂覆一层YSZ电解质膜，经过高温烧结后电解质层形成致密层和多孔层两层结构。本方法可增加氧电极反应界面的有效活性面积，改善电解质与氧电极之间的连接，并在满足电解质气密性要求的前提下降低电解质层的厚度，从而提高固体氧化物电解池的制氢性能和运行的稳定性。本发明也适用于用于固体氧化物燃料电池的制备。

主权项

一种固体氧化物电解池电解质/氧电极界面微结构修饰方法，其特征在于，利用电解质在烧结过程中体积产生收缩的特性，通过两步烧结在致密的电解质上制备一层多孔的YSZ，增加氧电极反应界面的有效活性面积，改善电解质与氧电极之间的连接，并在满足电解质气密性要求的前提下降低电解质层的厚度，该方法的步骤如下：1)制备NiO‑YSZ氢电极支撑体，作为电解质薄膜的支撑体；将NiO粉、YSZ粉和造孔剂混合均匀，取适量粉体放入模具中压制成氢电极片，并将压制好的氢电极片在800℃～1100℃预烧1～5小时，成为电解质薄膜的支撑体，其中NiO粉和YSZ粉的质量比为0.8∶1～2∶1；2)在电解质薄膜的支撑体表面涂覆第一层YSZ电解质膜，厚度为4～100μm，并在1000℃～1400℃预烧1～20小时，使NiO‑YSZ氢电极支撑体/YSZ电解质二合一片产生体积收缩，并在电解质薄膜的支撑体表面形成第一层YSZ电解质层；3)再在第一层YSZ电解质层上涂覆第二层YSZ电解质膜，厚度为2～15μm，并在1250℃～1400℃烧结1～20小时，在电解质薄膜的支撑体表面形成第二层YSZ电解质层，烧结后第一层YSZ电解质层结构致密，第二层YSZ电解质层为多孔结构；4)用丝网印刷法或浆料涂覆法在电解质表面制备LSM‑YSZ氧电极；将LSM‑YSZ浆料通过丝网印刷法或浆料涂覆法涂覆到NiO‑YSZ氢电极支撑体/YSZ电解质二合一片的电解质上，再在1100℃～1250℃煅烧2小时，得到SOEC氧电极片，氧电极的厚度为10～100μm。