[发明专利]一种固体氧化物燃料电池阴极集流体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极集流体的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将化学能直接转化为电能的高效全固态电化学能量转换装置。其损耗主要集中在电池的内阻，包括欧姆阻抗和极化阻抗。其中欧姆阻抗包括电解质材料本身的阻抗以及各个组件间的接触电阻。电解质材料本身的电阻可以通过薄膜化电解质进行降低，或使用高氧离子电导率的电解质等方式将电阻降低。接触电阻，特别是经过高温烧结的阴极多孔陶瓷材料和连接体材料之间的接触电阻，占据整个欧姆阻抗的主要部分，必须加以控制。因此，阴极与连接体之间的电流收集方式及材料的开发具有十分重要的意义。

银网是目前最为常用的阴极电流收集材料，然而银网在SOFC的操作温度下长时间运行时会发生一定的损耗，电池性能衰减。而且贵金属材料价格昂贵，不利于SOFC的商业化。为避免银网损耗，有研究者将阴极材料如LSM包覆在银网上作为集流体使用，但这类材料通常采用丝网印刷法在银网表面印刷，在1000℃以上进行烧结，耗时耗能。Crofer22等不锈钢编制网也常被用作集流体使用，但高温下金属网的长期使用稳定性存在隐患。

因此，本领域迫切需要一种简化的燃料电池阴极集流体制备工艺。

发明内容

本发明旨在克服现有燃料电池集流体制备工艺制备工艺复杂的缺陷，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池阴极集流体的制备方法。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池阴极集流体的制备方法，所述固体氧化物燃料电池阴极集流体的活性组分为化学式为ABO₃的钙钛矿型阴极材料或者化学式为(X，Y)₃O₄的尖晶石型阴极材料，A为镧系元素、碱金属元素和碱土金属元素中的一种或两种，B为过渡金属元素，X、Y分别为Mn、Co、Cu、Zn、Fe、Zn、Cr中的一种且X、Y不相同；所述制备方法包括：

1)制备包含所述固体氧化物燃料电池阴极集流体活性组分的浆料；

2)采用步骤1)制备的所述浆料流延成型制得前驱体流延膜；

3)将步骤2)制备的前驱体流延膜叠层、热压制得集流体素坯；

4)将步骤3)制备的集流体素坯装配在固体氧化物燃料电池阴极上，组装成电池，并在电池测试升温过程中原位烧结形成阴极集流体。

较佳地，步骤1)包括：

a)将所述固体氧化物燃料电池阴极集流体活性组分溶剂混合，并加入分散剂，通过第一次球磨得到均匀的浆料1；

b)向工序a)中均匀混合浆料1中加入增塑剂、粘结剂、石墨造孔剂和分散剂，通过第二次球磨，得到均匀的浆料2；

c)将工序b)中得到浆料2进行过筛、真空除气处理。

较佳地，第一次球磨的条件为：采用行星球磨，球磨速率0-400转/分钟，球磨1-3小时。

较佳地，第二次球磨的条件为：采用行星球磨，球磨速率0-400转/分钟，球磨2-6小时。

较佳地，步骤3)中集流体素坯厚度为10-50微米。

较佳地，步骤3)中，所述热压为热等静压工艺，工艺参数为：在70-85℃、10-12MPa条件下，等静压5-30分钟。

较佳地，步骤4)中所述原位烧结的工艺参数为：以1-5℃/分钟(优选2-5℃/分钟)升温至550—650℃，保温1-6小时，然后再以2-5℃/分钟升温至750-850℃，保温1-6小时。

本发明的有益效果：

工艺简单，可根据需要，很方便地调整流延刀的高度及宽度来扩大流延膜及控制流延膜

厚度；

效率高。可批量生产；

价格低廉。可直接采用SOFC的阴极材料和尖晶石材料，从而替代贵金属进行电流收

集。流延素坯装配至电堆中，原位烧结至850℃，降低能耗；

质量好。高温下电导率高、韧性好，可改善陶瓷颗粒之间的接触；

长期稳定性好，所用的陶瓷材料在高温空气气氛下热力学稳定，不会发生氧化或分解；

与SOFC阴极匹配性好；

可总结为，本发明的阴极集流体制备方法是采用流延-热压法制备与阴极面积相等的集流体素坯。在电池测试升温过程中该柔性素坯原位烧结，形成具有导电率高，高温韧性好的集流层。本发明工艺简单、成本低、寿命长、便于大规模应用，有利于降低SOFC电池堆的成本，具有良好的应用前景。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施方式中制备的流延膜照片；