[发明专利]一种阳极支撑型中温SOFC单电池的8YSZ电解质薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池制造技术领域，具体涉及一种阳极支撑型中温SOFC单电池的8YSZ电解质薄膜制备方法。 

背景技术

固体氧化物燃料电池是当今研究非常热门和前沿的新能源技术，由于其不受可若循环使其热电联供可达80%以上，是当今能源转换效率最高的一种转化方式，由燃料的化学能直接转化成电能，同时燃料的可多样性，使得其成为具有极大商业价值和发展潜力的能源。 

目前SOFC系统在国外已开始商业化，如日本日矿日石公司生产的700W热电联供的SOFC系统已进入家庭；美国Bloom Energy公司生产的100KWSOFC系统已广泛被各大公司如eBuy、googl、可口可乐、联邦快递沃尔玛百货等公司购买作为电源使用。我国由于技术、资金等方面的原因至今还没有商业化，但是这方面的研究成果在不断深入和发展。 

SOFC系统是一门多学科、多种技术的综合应用体，其中的SOFC单电池是其关键部件之一，单电池按形状可分为两大类即管式和平板式。管式电池具有容易密封的优点，而平板式电池具有能量密度高、体积小的优点。本专利是有关平板式电池的制备方法，本专利提出了一种水系流延法制备大面积、高致密度中温SOFC电解质薄膜的方法。为采用环境友好、低成本的水系流延技术工业化制备SOFC电解质薄膜提供技术，有助于我国固体氧化物燃料电池的商业化发展。 

阳极支撑型SOFC单电池由于其电解质薄膜化（其厚度一般为10～30μm），使得其操作温度为中温（650～800℃）被称为第二代的SOFC。相比较第一代的SOFC是以电解质为支撑的电池其操作温度降低，第一代的SOFC单电池的操作温度为850～1000℃。操作温度的降低是SOFC的发展方向。本专利是有关阳极支撑型的SOFC单电池的制备技术，纵观世界各国的该单电池制备的工艺，总的分为两种：一种为先流延阳极，再低温烧结阳极后在多孔阳极上喷涂电解质薄层，再通过高温烧结获得SOFC半电池，丝网印刷阴极再烧阴极，最后获得SOFC单电池；另一种方法是采用流延制备电解质薄膜和阳极厚膜，将这两层膜通过热压叠层获得阳极支撑型的电解质薄膜的复合膜，通过高温烧结获得SOFC半电池，丝网印刷阴极，再烧阴极，最后获得SOFC单电池。这两种方法的比较后者因为阳极和电解质同时烧结而成，其两层的结合更加紧密，这样使得半电池的强度更好；同时也只烧一次所以工艺简单且成本较低。因此后一种方法更佳。另外流延可以分为水系流延和非水系流延成型技术，水系流延因为以水为溶剂，环保且低成本，水系流延是流延技术的发展方向，工业上水系流延将逐步取代非水系流延技术。电池的电解质薄膜是具有一定面积的，因为电池的面积直接关系到单电池的单片的发电量，面积越大，发电量也越大，这有助于后续的组堆和系统集成；电池的电解质薄膜要薄，因为其电导率与其厚度成指数关系，随着厚度增加，其电导率随指数关系下降，极大影响其电性能，因此一般电解质的厚度为10～30μm；除了电解质面积大和厚度薄之外的要求，对电解质最重要的要求还有电解质的气密性，电解质是介于阳极和阴极之间的一个薄层，是将电池的氧化与还原反应相隔开的唯一薄层，如果电解质两边的气体相互串气，将很快导致电池的衰减和破坏。由于电解质面积大且厚度薄，因此向电解质薄膜的成型技术提出了非常高的要求，即该电解质薄膜烧成后致密度非常高，基本上没有气孔（除了内部极少量的微小闭口气孔外）。由于所成型的电解质仅为10～30μm ，因此一般采用纳米级的8YSZ粉体制备电解质。 

  

发明内容

本发明的目的是提供一种阳极支撑型中温SOFC单电池的8YSZ电解质薄膜制备方法，该方法采用环保型的水系流延法，制得的电解质薄膜面积大、致密度高，可实现工业化生产。 

为了实现发明目的，本发明采用的技术方案为：一种阳极支撑型中温SOFC单电池的8YSZ电解质薄膜制备方法，依次包括如下工艺步骤： 

（1）       将一定量粉体粒径为50～90nm的8YSZ粉体加入到一定量的采用氨水调节好pH值为9～11的蒸馏水中，进行1～5hr的快速球磨（如行星球磨机球磨，其球磨速度可达350转/分钟）待用；

（2）       加入一定量的分散剂进行快速球磨2～6hr后再进行24～48hr的慢速球磨（球磨速度为150～200转/分钟）分散待用；

（3）       再加入一定量且尽可能少的粘结剂，继续慢速球磨24～48hr待用；

（4）       将上述所得的水系浆料真空除泡后进行流延操作，其流延厚度为80～120μm；