[发明专利]一种浸渍法制备双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极的方法

摘要

一种浸渍法制备双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极的方法，涉及一种制备固体氧化物燃料电池阳极的方法。本发明是要解决现有浸渍法制备固体氧化物燃料电池阳极在浸渍过程中存在的金属镍纳米颗粒在多孔YSZ支撑体中不均匀分布导致的电化学活性低的技术问题。方法为：一、制备以面粉为造孔剂的YSZ阳极支撑体；二、制备具有双层孔结构和孔隙率的多孔YSZ阳极支撑体；三、制备致密的YSZ电解质膜；四、制备致密YSZ电解质表面阴极；五、浸渍制备双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极。本发明制备的固体氧化物燃料电池阳极与使用单一造孔剂的电池性能相比，可大幅提高单体电池的输出性能。本发明应用于固体氧化物燃料电池阳极的制备领域。

主权项

一种浸渍法制备双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极的方法，其特征在于浸渍法制备双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极的方法是按以下步骤进行的： 一、将1～5份的8YSZ粉末、1～5份的面粉放入玛瑙研钵中充分研磨至混合均匀，得到混合粉末1，然后将0.14～0.22g的混合粉末1放入直径为13mm的不锈钢模具中，在100～300MPa的压力下保压5～30s，制得以面粉为造孔剂的YSZ阳极支撑体； 二、将1～5份的8YSZ粉末、1～5份的木薯粉放入玛瑙研钵中充分研磨至混合均匀，得到混合粉末2，在不锈钢模具进料口处放置一层网筛，通过网筛将0.02～0.1g的混合粉末2均匀铺展于步骤一得到的以面粉为造孔剂的YSZ阳极支撑体的表面，施加300～500MPa的压力并保压20～80s后取出，再放入高温马弗炉中，在温度为1000～1200℃下烧结1～4h，得到具有双层孔结构和孔隙率的多孔YSZ阳极支撑体； 三、将1份的8YSZ粉末与1～10份有机粘结剂置于玛瑙研钵中研磨0.5～2h，得到电解质浆料，将步骤二得到的具有双层孔结构和孔隙率的多孔YSZ阳极支撑体中木薯粉为造孔剂的一侧朝上固定于匀胶机转台，在匀胶机转速为1000～4000r/min的条件下旋涂三层电解质浆料，每次旋涂所取电解质浆料量为0.01～0.05g，每次旋涂时间为20～50s，每旋涂一层均要在200～500℃温度下保温5～60min，旋涂完毕后，置入高温马弗炉中烧结后降温，得到致密的YSZ电解质膜； 四、将1～10份的8YSZ粉末、1～10份的La_0.7Sr_0.3MnO₃和1～3份的有机粘结剂放入玛瑙研钵中充分研磨至混合均匀，得到LSM‑YSZ阴极浆料，取0.01～0.05g的LSM‑YSZ阴极浆料均匀涂覆于步骤三得到的致密的YSZ电解质膜的表面，涂覆面积为0.26cm²，然后放入高温马弗炉中在温度为900～1250℃下烧结0.5～2h，得到致密YSZ电解质表面阴极； 五、将硝酸镍溶解于去离子水中，然后加入尿素作为分散剂，得到浸渍液，用滴管取浸渍液滴在多孔YSZ阳极支撑体上，每次滴入浸渍液的量以渗不进去为止，将浸渍后的电池放入马弗炉中在温度为200～1000℃下恒温10～60min，重复上述浸渍‑烘干过程至浸渍量为阳极的质量百分含量的1%～30%，然后将浸渍后的阳极置于氢气气氛中，在温度为400～1000℃保温1～5h，完成阳极的还原，即得到双层孔结构的固体氧化物燃料电池阳极；其中，所述硝酸镍与尿素的质量比为0.5～2.5∶0.1～2； 其中，所述的8YSZ粉末为8mol%氧化钇稳定的氧化锆，粒径为0.05～0.4微米；所述的有机粘结剂为乙基纤维素的松油醇溶液，乙基纤维素在松油醇溶液中的质量百分含量为6%。