[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电解质膜及其制备方法和固体氧化物燃料电池

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述电解质膜包括交替设置的第一电解质单元和第二电解质单元，所述第一电解质单元由氧离子导体相构成，所述第二电解质单元由质子导体相构成；

所述电解质膜通过3D打印机打印而成，具体包括以下步骤：

（a）根据要制备的电解质膜，配制相应的氧离子导体相浆料和质子导体相浆料，以及制定相应的打印程序；

（b）利用3D打印机在基片上先后打印出一层氧离子导体相和质子导体相；

（c）重复步骤（b），直至获得需要的厚度，停止打印，取出，进行烧结处理，即得所述电解质膜；

其中，

步骤（a）具体为：将氧离子导体相粉体、质子导体相粉体分别与粘结剂混合后置于球磨罐中进行球磨处理，球磨的方法如下为：首先在250~350转/分钟的速度下球磨30~180分钟，然后将转速提升至500~600转/分钟下球磨120~480分钟，最后在250~350转/分钟的速度下球磨30~180分钟；

所述粘结剂为聚乙烯醇的水溶液，其添加量为氧离子导体相粉体或质子导体相粉体质量的200%~400%；所述聚乙烯醇的数均分子量为10000~60000，其在所述水溶液中的含量为1~5 wt%；

通过控制步骤（a）所制备的浆料的粘稠度来控制每次打印的厚度为0.5~1微米。

2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述第一电解质单元和所述第二电解质单元分别有多个。

3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述第一电解质单元与所述第二电解质单元均为长条状，且其长度延伸方向与所述电解质膜的厚度方向垂直。

4.权利要求3所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述第一电解质单元的长度等于电解质膜的一条边的宽度，所述第一电解质单元的厚度和所述第二电解质单元的厚度均等于电解质膜的厚度。

5.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述多个第一电解质单元和所述多个第二电解质单元沿着所述的电解质膜所在平面的长度方向和宽度方向交替排列。

6.根据权利要求1或5所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述第一电解质单元和所述第二电解质单元的厚度等于所述电解质膜的厚度，所述第一电解质单元和所述第二电解质单元的长和宽分别为1~30微米。

7.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：多个所述第一电解质单元的大小、形状相同或不同；多个所述第二电解质单元的大小相同或不同，所述第一电解质单元与所述第二电解质单元的大小、形状相同或不同。

8.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电解质膜，其特征在于：所述质子导体相为BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3-δ，所述氧离子导体相为Gd_0.1Ce_0.9O_1.95（GDC10）、Gd_0.2Ce_0.8O_1.9（GDC20）、Sm_0.1Ce_0.9O_1.95（SDC10）和Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC20）中的一种或多种。

9.一种权利要求1至8中任一所述固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（a）根据要制备的电解质膜，配制相应的氧离子导体相浆料和质子导体相浆料，以及制定相应的打印程序；

（b）利用3D打印机在基片上先后打印出一层氧离子导体相和质子导体相；

（c）重复步骤（b），直至获得需要的厚度，停止打印，取出，进行烧结处理，即得所述电解质膜。