[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电极及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴极涂层制备技术，属于固体氧化物燃料电池领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池被誉为21世纪最富有开发与应用潜力的绿色环保能源工程，有着深刻的经济和社会背景。固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的全固态电化学发电装置，具有环境友好、能量转换效率高和燃料适应广泛等优点，是世界各国竞相发展的一种新型绿色能源。

在固体氧化物燃料电池中，LSM被认为是传统的阴极材料，它具有电导率高，高的催化活性，良好的化学稳定性，热膨胀系数较低等优点，在固体氧化物燃料电池领域中广泛应用。

由于目前固体氧化物燃料电池材料在高温下离子导电率较高，因此它的工作温度较高，由于阴极材料和电解质材料的热膨胀系数的不匹配性，在高温下会发生阴极材料的剥落，寻找新的结构来抑制阴极材料的剥落是人们关注的热点之一，采用阴极的梯度结构设计能够明显改善由于热膨胀系数不匹配而导致的阴极剥落问题。

发明内容

为了克服上述由于阴极材料和电解质材料的热膨胀系数的不匹配性而引起高温下会发生阴极材料的剥落的不足，本发明提供一种能改善燃料电池的反应面积和热膨胀性能不匹配问题的固体氧化物燃料电池电极及其制备工艺。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种固体氧化物燃料电池电极，具有作为阳极的Ni+YSZ层、作为阴极的LSM层和作为电解质的YSZ层，利用等离子喷涂、超音速火焰喷涂或其他喷涂处理工艺，通过制定合适的工艺参数，在常用的YSZ层上喷涂具有梯度结构的YSZ+LSM过渡层，在其上喷涂LSM涂层，使之成为YSZ-YSZ+LSM-LSM结构的电池阴极。并可根据具体需要选择厚度合适的YSZ+LSM过渡层，利用不同的工艺调整涂层，以达到工业用要求。具体地，所述YSZ层厚度为10-20微米，LSM层厚度为20-30微米，YSZ+LSM过渡层厚度为5-10微米。

本发明具有使用原材料广泛，加工方便、使用温度范围广、耐冲击、强度高等特点，并且成本较低，机械性能较高，吸附氧的能力和解离氧的性能较好。适合广泛用于燃料电池的制备，并且能改善燃料电池的反应面积和热膨胀性能不匹配的问题，对于固体氧化物燃料电池的应用具有重要的意义。另外，燃料电池的反应区域为阴极材料、电解质和氧的三相区，采用阴极的梯度结构设计也能够明显增加反应的三相区。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图中：1.LSM层2.YSZ+LSM过渡层3.YSZ层4.Ni+YSZ层

具体实施方式

如图1所示一种固体氧化物燃料电池电极，具有作为阳极的Ni+YSZ层4、作为阴极的LSM层1和作为电解质的YSZ层3，在LSM层1和YSZ层3之间涂覆有YSZ+LSM过渡层2。

采用等离子喷涂或超音速火焰喷涂的制备工艺，在LSM层1和YSZ层3之间涂覆YSZ+LSM过渡层2，使之成为YSZ-YSZ+LSM-LSM结构的电池阴极。固体氧化物燃料电池结构为阳极支撑结构，在本结构中，YSZ层3厚度控制在10-20微米，LSM层1厚度控制在20-30微米，YSZ+LSM过渡层2控制在5-10微米。