[发明专利]一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池用膜制备技术领域，具体涉及一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法。

背景技术

陶瓷膜燃料电池(SOFC)是一种新型发电装置，由于具有燃料能量转换效率高、对环境污染小、燃料适应性强和设计灵活等优点，具有良好应用前景，其中，连接材料研究是SOFC发展的关键技术之一。连接材料在陶瓷膜燃料电池工作时，一面处于强氧化性气氛(与阴极接触)，一面处于还原性气氛中(与阳极接触)，在两电极之间起电子传输与分隔气体的双重作用。因此较陶瓷膜燃料电池其它组元材料对连接材料要求最为苛刻，如：同时满足在氧化性气氛和还原性气氛中稳定，高的电子电导，低的可以忽略的离子电导，与电池其它组元材料具有良好的热匹配性和化学稳定性，此外如易加工成型易封接等。因此要寻找到能够满足上述条件且成本低廉、制备简单的材料相当困难，正因为如此连接材料成为严重制约SOFC发展的技术瓶颈。

对于平板状陶瓷膜燃料电池，目前普遍采用廉价的金属合金作为连接材料，但是在SOFC长期高温下工作的金属连接材料与阴极接触的一侧会发生高温氧化生成电绝缘的氧化膜，因此金属连接材料表面需要制备一层电导率较高的陶瓷连接材料薄膜保护层。而管状陶瓷膜燃料电池堆，陶瓷连接材料薄膜化是唯一的途径。连接材料薄膜化首先优选合适的连接材料，其次采用合适的方法制备连接材料薄膜，因此连接材料薄膜化是陶瓷膜燃料电池商业化的关键。目前制备薄膜型电池材料或薄膜材料部件方法主要包括：流延法(Tape casting)、浆料涂覆法(Slurry coating)、轧辊法(Tape calendering)、电泳沉积(Electrophoretic deposition method)、溅射(Sputtering)、电化学沉积(Electrochemical vapor deposition)和化学气相沉积法(Chemical Vapor depostion)等，这些方法都存在一些缺点，例如流延法和浆料涂覆法很难制得厚度比较薄且均匀的致密膜；轧辊法对粉体要求较高；电泳沉积法淀积速度快，厚度不均匀；电化学沉积和化学气相沉积法需要高的反应温度，成本昂贵；因此需要开发一种制备方法简单，同时性能优异的膜材料。

发明内容

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种陶瓷燃料电池用膜及其制备方法，提高膜的均一性与致密性。

本发明是通过以下技术手段实现的：

一种陶瓷燃料电池用膜，以重量组分计包括：氧化锆10-20份，氧化镍10-20份，氧化钙10-18份，二氧化硅5-10份，氧化铝3-8份，氧化镁2-9份，膨润土3-8份，硅酸钠2-6份，高岭土5-10份，环氧树脂2-7份，聚硫橡胶3-6份，二乙烯三胺1-4份，液体羧基丁腈橡胶2-7份，糊精1-4份，丁基橡胶5-10份。

所述的陶瓷燃料电池用膜，可以优选为以重量组分计包括：氧化锆14-18份，氧化镍12-15份，氧化钙13-15份，二氧化硅6-9份，氧化铝5-7份，氧化镁4-8份，膨润土5-7份，硅酸钠3-5份，高岭土6-8份，环氧树脂4-6份，聚硫橡胶3-5份，二乙烯三胺2-4份，液体羧基丁腈橡胶4-6份，糊精2-4份，丁基橡胶7-9份。

以上所述的陶瓷燃料电池用膜，其特征在于，所述环氧树脂可以为E-20环氧树脂或E-51环氧树脂。

以上所述的陶瓷燃料电池用膜，所述二氧化硅可以为纳米二氧化硅。

以上所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按照重量份称取各组分；

步骤二，将氧化锆、氧化镍、氧化钙、氧化铝、氧化镁、膨润土、高岭土、糊精和丁基橡胶加入到搅拌机中混合搅拌均匀，得到混合物一；

步骤三，将混合物一在真空条件下加热到500-600℃进行烧结，烧结后冷却至室温，采用研磨机研磨至粒径在300μm以下，出料；

步骤四，将步骤三研磨后的物料加入到反应釜中，加入二氧化硅、硅酸钠、环氧树脂、聚硫橡胶、二乙烯三胺和液体羧基丁腈橡胶搅拌混合均匀，然后在惰性气体保护的条件下加热至105-120℃，搅拌反应120-150分钟，得到混合物二；

步骤五，将混合物二通过压延法压制成陶瓷膜。

所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法，步骤二中混合搅拌均匀的条件可以为搅拌温度40-50℃，搅拌速度150-180转/分钟，搅拌时间20-40分钟。

所述的陶瓷燃料电池用膜的制备方法，步骤四中惰性气体可以为氮气或氩气。