[发明专利]一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法有效
| 申请号： | 201710232995.8 | 申请日： | 2017-04-11 |
| 公开（公告）号： | CN107017423B | 公开（公告）日： | 2020-08-28 |
| 发明（设计）人： | 侯杰;苗利娜;曹菊芳;蔺杰;刘卫 | 申请（专利权）人： | 中国科学技术大学 |
| 主分类号： | H01M8/10 | 分类号： | H01M8/10;H01M8/1004;H01M8/1016 |
| 代理公司： | 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 | 代理人： | 赵青朵 |
| 地址： | 230026 安*** | 国省代码： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 低温 固体 氧化物 燃料电池 及其 制备 方法 | ||
1.一种低温固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
阳极支撑层的电子传导相NiO粉体由碱式碳酸镍600℃分解所得，其粒径D50＝0.4μm，离子传导相Sm0.075Nd0.075Ce0.85O2-δ，其缩写为SNDC，由柠檬酸盐燃烧法获得，其粒径D50＝0.4μm；
将上述阳极支撑层NiO和SNDC混合粉体按体积比60:40配料，加入质量分数20％的淀粉，在乙醇中球磨10小时均匀混合，干燥后得到含有淀粉的NiO-SNDC混合粉体；
取适量含淀粉NiO-SNDC混合粉体，干压法压制得900μm厚的阳极支撑体陶瓷生坯；采用同样的方法取适量柠檬酸盐燃烧法获得的松散SNDC粉体，共压法制得20μm厚SNDC薄膜，得到NiO-SNDC|SNDC双层半电池生坯，置于1400℃共烧5h，得到单层电解质阳极支撑体半电池陶瓷烧结体；
将粘结剂0.5g聚乙烯醇缩丁醛和5g聚醚砜、分散剂1.6g聚乙烯吡咯烷酮和0.4g三乙醇胺、增塑剂0.3g聚乙二醇和0.2g邻苯二甲酸二丁酯均匀分散到三种溶剂20g乙醇、50g 2-丁酮和22g 1-甲基-2-吡咯烷酮当中，球磨1h，静置10h待其混合均匀后，得到用于制备Bi基浆料悬浮液的有机组分；取10g柠檬酸盐燃烧法获得颗粒较为均匀的粒径D50＝0.45μm的Er0.4Bi1.6O3，其缩写为ESB，加入配置好的有机组分中，球磨24h，得到固含量为10％ESB电解质粉体浆料；
将ESB浆料均匀涂覆在单层电解质阳极支撑体半电池陶瓷烧结体电解质表面上，置于空气中自然固化30min，待其固化后，重复进行浆料涂覆操作，以获得期望的ESB电解质厚度20μm；
将固化后的ESB电解质薄膜生坯放置在40℃的流动空气中干燥1h；
将干燥后的ESB电解质薄膜生坯体置于马弗炉中800℃低温共烧10h得到阳极支撑双层电解质半电池预烧体；
将ESB粉体与柠檬酸盐燃烧法获得的La0.74Bi0.1Sr0.16MnO3-δ即LBSM，以体积比1:1均匀混合，球磨2h得到阴极活性层复合陶瓷粉体ESB-LBSM，将其均匀分散到质量分数10％乙基纤维素的松油醇溶液中，球磨5h，获得固含量50％的阴极浆料；采用丝网印刷技术在阳极支撑双层电解质半电池预烧体ESB电解质表面制备阴极活性层ESB-LBSM厚度20μm，750℃共烧3h后得到阳极支撑体、阳极侧致密电解质、氧化铋致密电解质层及阴极活性层四层结构单电池片NiO-SNDC|SNDC|ESB|ESB-LBSM即低温固体氧化物燃料电池。
2.一种低温固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
阳极支撑层的电子传导相NiO粉体由碱式碳酸镍600℃分解所得，其粒径D50＝0.4μm，离子传导相Gd0.1Ce0.9O2-δ，其缩写为GDC，由柠檬酸盐燃烧法获得，其粒径D50＝0.5μm；
将上述阳极支撑层NiO和GDC混合粉体按体积比60:40配料，加入质量分数20％的淀粉，在乙醇中球磨10小时均匀混合，干燥后得到含有淀粉的NiO-GDC混合粉体；
取适量含淀粉NiO-GDC混合粉体，干压法压制得900μm厚的阳极支撑体陶瓷生坯；取适量柠檬酸盐燃烧法获得的松散GDC粉体，共压法制得15μm厚GDC薄膜，得到NiO-GDC|GDC双层半电池生坯，置于1400℃共烧5h，得到单层电解质阳极支撑体半电池陶瓷烧结体；
氧化铋电解质层采用Er0.4Bi1.6O3，将粘结剂0.5g聚乙烯醇缩丁醛和5g聚醚砜、分散剂1.6g聚乙烯吡咯烷酮和0.4g三乙醇胺、增塑剂0.3g聚乙二醇和0.2g邻苯二甲酸二丁酯均匀分散到三种溶剂20g乙醇、50g 2-丁酮和22g 1-甲基-2-吡咯烷酮当中，球磨1h，静置10h待其混合均匀后，得到用于制备Bi基浆料悬浮液的有机组分；取10g柠檬酸盐燃烧法获得颗粒较为均匀的粒径D50＝0.45μm的Er0.4Bi1.6O3，其缩写为ESB，加入配置好的有机组分中，球磨24h，得到固含量为10％ESB电解质粉体浆料；
将ESB浆料均匀涂覆在单层电解质阳极支撑体半电池陶瓷烧结体电解质表面上，置于空气中自然固化30min，待其固化后，重复进行浆料涂覆操作，获得的ESB厚度为15μm；
将ESB粉体与柠檬酸盐燃烧法获得的La0.8Sr0.2MnO3-δ即LSM，以体积比1:1均匀混合，球磨2h得到阴极活性层复合陶瓷粉体ESB-LSM，将其均匀分散到质量分数10％乙基纤维素的松油醇溶液中，球磨5h，获得固含量50％的阴极浆料；采用丝网印刷技术在阳极支撑双层电解质半电池预烧体ESB电解质表面制备阴极活性层ESB-LSM，750℃共烧3h后得到阳极支撑体四层结构单电池片NiO-GDC|GDC|ESB|ESB-LSM即低温固体氧化物燃料电池。
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