[发明专利]一种制备平板式固体氧化物燃料电池阳极支撑电解质复合膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备平板式固体氧化物燃料电池阳极支撑电解质复合膜的方法，属于固体燃料电池技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将氢气、天然气和生物质气燃料的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有燃料丰富、效率高、无污染、无噪声、可热电联供、环境友好、安全可靠等显著特点，可广泛应用于大型电站、分布式电站、汽车辅助电源、家庭热电联供系统等高质量民用电源，也可应用于军用电源等。因此，发展SOFC对于推动能源的高效、清洁利用和能源多元化具有重要的战略意义。

SOFC的研究主要集中在两种结构类型：管式和平板式。平板式SOFC的主要特点是单位面积、单位体积的输出功率密度大，结构紧凑，因而受到了广泛的重视。与其它结构的电池一样，平板式SOFC除满足电性能和电化学性能的要求外，还须满足机械、结构方面的要求。从延长电池寿命，减小电池(电堆)热应力，扩大材料选择范围，降低成本等方面考虑，平板式阳极支撑体电解质复合膜成为当前研究的重点和热点。

现有技术中关于平板式阳极支撑电解质复合膜的制备主要有两种方法：流延成型和轧膜成型。中国专利ZL200610030223公开了一种采用流延成型再共烧结制备固体氧化物燃料电池的阳极支撑型固体电解质复合膜的方法，其中流延成型的优势在于可在一层上依次流延另一层，制备多层后共烧结，因此生成效率高，成本较低。然而由于复合膜各功能层的组份及热膨胀系数的差异，在共烧结后，膜片通常会发生较为明显的翘曲或变形而变得不平整。不平整的复合膜片将导致一系列问题：影响阴极的制备；装堆时膜片产生应力，膜片的可靠性严重降低；气流分布受到影响，电流收集变得困难等。中国专利ZL200910304358针对共烧结带来的膜不平整问题，提供了一种先分别烧结阳极及其他支撑层或中间层，再以丝网印刷沉积电解质层，再经烧结的制备SOFC阳极支撑电解质复合膜的方法；尽管该方法解决了共烧结带来的不平整问题，但SOFC复合膜中的每层结构都需一次或多次烧结，且制备工艺复杂、步骤繁多、可控性差，不适用于工业化大生产。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有良好电化学性能和平整结构的平板式固体氧化物燃料电池阳极支撑电解质复合膜的制备方法，以满足平板式SOFC阳极支撑电解质复合膜的规模化生产需求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备平板式固体氧化物燃料电池阳极支撑电解质复合膜的方法，包括如下操作：

a)分别配制制备电解质层、阳极活性层和/或阳极支撑层的各层浆料及丝网印刷用电解质浆料；

b)依次流延电解质层、阳极活性层和/或阳极支撑层；

c)对上述流延膜片的阳极支撑层的表面丝网印刷电解质浆料；

d)对步骤c)得到的素坯进行干燥后在1300～1400℃下进行共烧结，即得所述的固体氧化物燃料电池阳极支撑电解质复合膜。

作为一种优选方案，制备电解质层的浆料配方如下：

制备阳极活性层的浆料配方如下：

制备阳极支撑层的浆料配方如下：

丝网印刷用电解质浆料的配方如下：

作为进一步优选方案，所述电解质粉体选自萤石型Zr_1-aY_aO₂、Zr_1-aSc_aO₂、Ce_1-bGd_bO₂、Ce_1-bSm_bO₂中的任意一种或几种，其中的：0.03≤a≤0.15，0.10≤b≤0.30；所述阳极粉体和阳极活性粉体均为NiO与所述电解质粉体中的任意一种形成的混合物。

作为更进一步优选方案，所述电解质粉体选自YSZ(8mol%Y₂O₃稳定的ZrO₂)或SSZ(10mol%Sc₂O₃稳定的ZrO₂)；所述阳极粉体和阳极活性粉体均为NiO与YSZ形成的混合物或NiO与SSZ形成的混合物。

作为更进一步优选方案，所述NiO与YSZ及NiO与SSZ形成混合物的质量比均为2:3～3:2。