[发明专利]一种固体氧化物燃料电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法，其包括将纽扣状YSZ电解质生坯在空气气氛中预烧；对经预烧后的YSZ电解质坯的两侧表面均进行激光微加工处理，使其表面形成阵列布设的凹槽；将激光处理后的YSZ电解质坯在空气气氛中高温煅烧，形成致密的电解质支撑体；采用丝网印刷法，在YSZ电解质坯上具有凹槽的两侧表面分别涂覆上NiO‑YSZ阳极浆料和LSM‑YSZ阴极浆料，待浆料烘干后进行高温烧结制得单体电池。本发明可以有效地扩大电极/电解质界面接触面积，为电化学反应提供更多的活性反应点，大幅度降低电池的极化电阻，提高单体电池的输出性能。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法。

技术背景

固体氧化物燃料电池(SOFC)能够将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，而且具有能量转化效率高、环境污染小的优点。传统的SOFC包括一层致密的具有氧离子电导的固态电解质，以及两层多孔的电极分布在两侧。目前，氧化钇稳定氧化锆(YSZ)是最常用的电解质材料，因为它具有非常好的机械强度以及热力学、化学稳定性。但是YSZ在中低温下的离子电导率非常低，需要较高的操作温度(800～1000℃)来保证电解质有足够的离子电导。但如此高的操作温度会带来一系列的问题，比如：材料的选择变得更加困难、电池制备成本增加、电池寿命缩短等等。在过去的几十年里，主要有以下两种方法来降低SOFC的操作温度，一是开发性能更好的可替代材料，比如开发在中低温下具有更高离子电导率的电解质材料；另一种是通过对电池结构的优化来降低SOFC的操作温度。

本发明通过电解质表面修饰的方法来改善SOFC电极/电解质界面接触，可以有效地扩大电极/电解质界面接触面积，为电化学反应提供更多的活性反应点，大幅度降低电池的极化电阻，提高单体电池的输出性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池的制备方法，改善固体氧化物燃料电池电极与电解质界面之间的接触面，从而能够大幅度降低电池的极化电阻，提高单体电池的输出性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种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：

(1)预烧：将纽扣状YSZ电解质生坯在空气气氛中预烧；

(2)激光处理：对经预烧后的YSZ电解质坯的两侧表面均进行激光微加工处理，使其表面形成阵列布设的凹槽；

(3)高温煅烧：将激光处理后的YSZ电解质坯在空气气氛中高温煅烧，形成致密的电解质支撑体；

(4)采用丝网印刷法，在YSZ电解质坯上具有凹槽的两侧表面分别涂覆上NiO-YSZ阳极浆料和LSM-YSZ阴极浆料，待浆料烘干后进行高温烧结制得单体电池。

进一步方案，步骤(1)中所述的纽扣状YSZ电解质生坯是在YSZ粉体中加入占YSZ粉体质量5-13％的聚乙烯醇(PVA)，混合后进行造粒，然后以50～300Mpa压力下压制而成。

进一步方案，步骤(1)中所述预烧的温度为500～1000℃、时间为1～4h。

进一步方案，步骤(2)中所述的激光微加工处理的激光强度为0.1～5W、扫描速度100～1000mm/s、频率为10～50Hz。

进一步方案，步骤(2)中所述凹槽为尺寸为10～100μm、数量为5000～20000个的圆形凹槽。

进一步方案，步骤(3)中所述的高温煅烧的温度为1350～1600℃、时间为1～10h；所述的电解质支撑体的厚度为200～500μm、直径为15～40mm。