[发明专利]一种阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制备方法。

背景技术

SOFC(固体氧化物燃料电池)以其优异的性能及良好的环境相容性，越来越多的被各国研究，然而SOFC生产过程中往往涉及到阳极与电解质或阴极材料的共烧，而由于各层材料热膨胀系数的不匹配，使得电池的生产过程中经常出现烧结翘曲、开裂等严重影响电池质量的缺陷。

现有的SOFC通常采用镍基氧化锆作为阳极材料，电解质材料通常使用掺杂氧化锆及掺杂氧化铈，上述的阳极及电解质材料在烧结过程的降温阶段，由于热膨胀系数不匹配而出现收缩不一致，进而导致SOFC的变形、翘曲、开裂等各种质量问题，现有的平板式SOFC制备主要分为2个大类：(1)阳极支撑型SOFC；(2)电解质支撑型SOFC；对于阳极支撑型SOFC，现有技术为：阳极支撑体采用流延或注射成型后，在其上沉积阳极功能层及电解质层，然后进行共烧后再沉积阴极层或一起沉积完阳极功能层、电解质层及阴极层后再共烧，为了获得较为平整的单电池，通常需要采用烧结盖板对生胚进行压烧，且为了修复烧结后变形的产品，需要对产品进行高温二次修正；电解质支撑型平板SOFC主要采用电解质片先烧结后再单独印刷及烧制阴阳极或同时印刷及烧制阴阳极，为了使得电池不因为各层材料热膨胀系数不匹配而翘曲变形，通常会在烧制时采用阴阳极共烧来补偿由于单层烧制所带来的电池拱起，或当必须采用阴极及阳极单独烧制的方式时，通常需要将电池固定在陶瓷支撑件、框架等夹具中，这些夹具将电池固定在夹具中且与邻近电池隔开。如专利201180047747.7提出的生产过程先将阴极及阳极各个子层印刷与电解质之上并干燥，然后将经干燥阳极后的电解质片置于99.9％高纯度氧化铝制得陶瓷夹具中进行烧制，以防止电池烧结变形。

上述现有技术如阳极支撑型电池进行压烧后高温二次修正工艺，存在生产工艺繁琐、成本高、产品因烧结变形易裂、产品装堆使用寿命低等问题。高温时，压烧的产品收缩容易引起产品划伤，产品二次高温修正容易引入新的如铁斑、针孔等外观问题。电解质支撑型电池为了补偿因阴极或阳极单独烧制所产生的产品拱起问题，通常强行进行阴阳极共烧，然而烧结工艺通常只适用于阴极或者阳极中的一种，导致另一种电极烧结后的性能并不是最优化结果，使得电池性能下降。当阴阳极材料进行单独烧制时，繁琐的操作工艺大大的降低了生产效率，且陶瓷夹具的使用也大大的增加了生产成本。如专利201180047747.7虽然提出的将经干燥阳极后的电解质片置于99.9％高纯度氧化铝制得陶瓷夹具中进行烧制，可防止电池烧结变形。但是陶瓷夹具由于长期处于高温与室温循环，容易变形甚至开裂，且产品装烧过程较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种本发明，实现了一种无需高温修正的阳极支撑型平板式固体氧化物燃料电池的制备方法，该方法适用于调整SOFC的阳极支撑体材料的热膨胀系数，使得阳极支撑体材料的热膨胀系数与电解质材料相匹配，当进行SOFC烧制时，产品在降温过程中，不会因为热膨胀系数不匹配而导致产品各层收缩不一致，进而引起产品翘曲、变形、开裂等问题。由于其生产方法不需要引入陶瓷夹具等烧结配件，也可减少因配件引入的其他质量问题。

为实现上述目的，所采取的技术方案：一种阳极支撑型固体氧化物燃料电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将SOFC阳极支撑体粉料与有机溶剂混合进行研磨分散，所述SOFC阳极支撑体粉料包括氧化态Ni相和陶瓷相；

(2)加入SOFC阳极支撑体添加剂并分散，所述SOFC阳极支撑体添加剂包括热膨胀系数调节相、造孔剂和烧结助剂，所述热膨胀系数调节相为金属氧化物；

(3)加入高分子助剂并分散；

(4)SOFC阳极支撑体成型并干燥；

(5)沉积阳极层，所述阳极层包含氧化态Ni相和陶瓷相；

(6)沉积电解质层；

(7)SOFC阳极支撑体、阳极层和电解质层共烧；

(8)沉积阴极层并烧制，所述阴极层包含导电相和陶瓷相。

本发明所述步骤(2)中造孔剂旨在调节阳极支撑体材料烧结后的孔洞情况，烧结助剂旨在提高烧结速率，降低烧结温度及时间；所述步骤(3)中高分子助剂旨在作为SOFC阳极支撑体成型的粘接助剂；所述步骤(7)中根据不同的材料，设计不同的共烧温度，控制保温时间对SOFC阳极支撑体、阳极及电解质进行共烧。