[发明专利]一种在燃料电池工作期间调控氧化物电极微观形貌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调控氧化物电极微观形貌的方法。

背景技术

目前制备电极的方法主要采用干压法、丝网印刷共烧结法以及涂覆法等。干压法操作简单，但粉料分布不易控制，容易分层。丝网印刷技术成本低廉，但制膜易受粉末性质(粒径和形状)和浆料流变性能等参数影响。而涂覆法具有设备成本低、成膜薄、工艺简单等特点，但由于它需要经过稀浆涂覆在基底表面-干燥-预烧-烧结过程，导致整个工艺流程冗长繁琐，大大降低了成膜效率。但无论采用哪种方法在制备电极过程中都存在高温烧结颗粒团聚的现象，且前两个方法都有一定的成品率。Dengjie Chen等人在Journal of Power Sources195(2010)4667报道，高温烧结电极会发生电极颗粒团聚现象，造成电极的有效反应面积及内部孔隙率降低，不利于电极的反应过程。这都大大地浪费了物力和人力还提高了制备成本。张耀辉在《固体氧化物燃料电池两种电解质膜制备方法的研究及应用》中介绍了可以通过控制氧化物电极原料粉体颗粒度或对其进行球磨来调控氧化物电极微结构；李娜在Ceramics International38(2012)2159研究了压力处理对氧化物微结构的影响；朱星宝在Solid-State Lett13(2010)B91中介绍了溶液浸渍-热解法在氧化物骨架上形成微纳米颗粒，进而调控氧化物电极微结构。以上调控氧化物电极微结构的方法都是在电极制备过程中进行的，都需要经过高温烧结的处理，使得颗粒团聚，造成电极的有效反应面积及内部孔隙率降低，不利于电极的反应过程，这都大大地浪费了物力和人力还提高了制备成本。

发明内容

本发明是为了解决目前调控氧化物电极微结构的方法都是在电极制备过程中进行的，而电极都需要经过高温烧结的处理，使得颗粒团聚，造成电极的有效反应面积及内部孔隙率降低，不利于电极的反应过程，这都大大地浪费了物力和人力还提高了制备成本的技术问题，从而提供一种在燃料电池工作期间调控氧化物电极微观形貌的方法。

本发明的一种在燃料电池工作期间调控氧化物电极微观形貌的方法是按以下步骤进行的：

一、对燃料电池的氧化物工作电极、燃料电池的参比电极和燃料电池的对电极涂覆导电银膏，然后从涂覆在燃料电池的氧化物工作电极、燃料电池的参比电极和燃料电池的对电极上的导电银膏中各引出一根导线，再放入马弗炉中并在温度为80℃～200℃的条件下干燥5min～10min，将三根从导电银膏中引出的导线连接到电化学工作站对应的端子上，然后在0.5h～2.5h时间里将马弗炉内的温度从80℃～200℃升至400℃～1000℃，在温度为400℃～1000℃的条件下用三电极法检测在马弗炉中的燃料电池的氧化物工作电极的交流阻抗谱，确定其极化电阻值为X；

二、在温度为400℃～1000℃的条件下，用电化学工作站给在马弗炉中的燃料电池持续通以恒定的阳极电流5min～20h，断开阳极电流，用电化学工作站对燃料电池用三电极法检测在马弗炉中的燃料电池的氧化物工作电极的交流阻抗谱，确定其极化电阻值；重复步骤二中上述步骤至在马弗炉中的燃料电池的氧化物工作电极的极化电阻值大于1.1X或小于0.9X时停止加热，随炉冷却至室温，即完成了在燃料电池工作期间调控氧化物电极微观形貌；步骤二所述的阳极电流的电流密度为100mAcm^-2～1000mAcm^-2；步骤二中用三电极交流阻抗谱检测在马弗炉中的燃料电池的氧化物工作电极的极化电阻值时电化学工作站的扫描频率0.1Hz～400kHz；步骤二中用电化学工作站对燃料电池用三电极法检测在马弗炉中的燃料电池的氧化物工作电极的交流阻抗谱时需要施加在工作电极与参比电极之间交流扰动信号，信号强度为为10mV～20mV。

本发明的优点：

针对附着在固体氧化物电解质上的氧化物电极在制备过程中会由于电极一次颗粒团聚烧结形成尺寸更大的二次颗粒，导致电极的有效反应面积减小，进而造成电极的电化学性能降低的技术问题，本发明的一种在燃料电池工作期间调控氧化物电极微观形貌的方法在燃料电池工作温度下，通过适当的极化处理使电极中大的团聚体颗粒碎化，处理后的电极颗粒明显变小，电极内部因高温烧结团聚的大颗粒消失，且电极与电解质结合紧密，从而增大电极的表面积，提高电极对反应气体的吸附解离能力，同时这种方法还能够改善电极的微观形貌和电极/电解质界面接触，扩展电极/电解质界面上的三相反应区，这样也有利于提升电极的催化活性。这种方法不但操作简单，而且对多种电极材料都适用。

附图说明