[发明专利]一种用于平板式阳极支撑型SOFC半电池压烧的氧化锆板及其表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于平板式阳极支撑型SOFC半电池压烧的氧化锆板及其表面修饰方法，属于平板式阳极支撑型中温固体氧化物燃料电池单电池的制备技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(简称SOFC)是一种新型的能源转化效率最高的能源转换装置，将燃料的化学能转化成电能，其热电联供可达80％以上，由于其燃料的可多样性，使得其具有巨大的商业价值和发展前景。

中温(650～800℃)SOFC由于其操作温度较高温(850～1000℃)SOFC低，为SOFC的发展方向，是目前商业化开发的热点。中温SOFC是一种阳极支撑型的电池组成，按照电池的形状设计，可将电池分为两大类即管式和平板式，管式单电池在组堆时易于密封，平板式具有更大的能量密度，大多数的研究与开发都集中在平板式电池方面。平板式中温SOFC单电池工业化常用的制备方法是采用阳极与电解质薄膜一次共烧的方法，由于电解质为8YSZ材料而阳极为8YSZ、NiO和造孔剂按照适当配比混合的材料，异质材料的共烧，存在烧成收缩不一致的情况。通过配方调整，一般调成阳极的烧成收缩略大于电解质的烧成收缩(有助于电解质的致密化)，但是带来的问题是薄而大的电池片微向阳极方向弯曲，使得所制备的平板式单电池不是太平整，影响组堆。这样一般需要在烧成过程中增加压板，限制电池的变形(微弯曲)，由于阳极中的NiO与氧化铝在高温下会强烈反应，因此压板应采用氧化锆板而不能是氧化铝板或其它材质的板。同时因为在烧成过程中需要排放电池坯片中粘结剂等有机物，要求压板应为多孔性的，以便有机物的氧化和排气等。目前市场上能够购买到的多孔锆板多孔氧化锆承烧板主要为钙稳定的氧化锆和钇稳定的氧化锆。前者的主要成分为：ZrO₂≥94.00％，CaO3.50～4.50％，Al₂O₃≤0.40％，SiO₂≤0.40％，TiO₂≤0.20％，Fe₂O₃≤0.10％，MgO≤0.10％。物理状态为淡黄色；后者主要成分为：ZrO₂≥91.00，Y₂O₃6～8％，Al₂O₃≤0.10％，SiO₂≤0.30％，TiO₂≤0.10％，Fe₂O₃≤0.10％，MgO≤0.10％。物理状态为淡黄色。这种商业化的锆板一般是用于承烧使用(耐火材料)，其表面有些毛刺感、不光滑。整体为淡黄色，局部有褐色的小斑点(由于Fe、Ti的富集)。实验室和工业化生产一般将该锆板作为压板用于SOFC单电池的烧成。由于电池主要有两部分组成即电解质层和阳极层，一般电解质的厚度仅为10～20μm，如果与电解质层紧密接触锆板的表面毛刺和不光滑或有Fe/Ti小斑点(该小斑点在高温下与电解质紧密接触时，因为Fe/Ti氧化物是低温的物质通过高温扩散传质到电解质表面，使得其表面产生熔洞)，很可能在电解质表面产生比较深的凹坑或熔洞，该凹坑和熔洞穿透电解质薄层，使得电解质层漏气而产生电池性能迅速衰减，以致无法使用。

本发明提出一种工业上普遍使用的氧化锆多孔陶瓷板的表面修饰技术及工艺，通过该表面保持了原锆板的多孔性和平整度，同时完全有效克服了原锆板的表面局部不平、毛刺或粗糙、局部Fe/Ti小斑点使得在SOFC半电池烧成过程中用作压板时对电池的电解质表面产生致命的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于平板式阳极支撑型SOFC半电池压烧的氧化锆板及其表面修饰方法，本发明通过对普通氧化锆板进行表面修饰，使得氧化锆板表层成分均匀一致、表面光滑细腻，没有毛刺感，且将局部有褐色的小斑点(由于Fe、Ti的富集)完全覆盖，从而避免了在SOFC半电池烧成过程中用作压板时对电池的电解质表面产生致命的缺陷，且该表面修饰方法简单、有效，且易于工业化实施。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于平板式阳极支撑型SOFC半电池压烧的氧化锆板，包括一多孔氧化锆陶瓷平板的本体和在所述本体的上、下表面上覆盖的一层表面光滑平整的多孔3YSZ膜；且上表面上的多孔3YSZ膜的厚度和下表面上的多孔3YSZ膜的厚度相同。