[发明专利]一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法

说明书

一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法，属于燃料电池技术领域。以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括以电解质层为基体，在电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品，在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧。此制备方法通过以电解质层为基体，在电解质层或多孔电解质层表面设置沟脊模型使使第一电极和/或第二电极具有多个沟脊，用于释放第一电极和/或第二电极内部应力，从而减小由于应力产生的形变，防止电极与电解质层脱离，同时引导电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成。以电解质层为基体的燃料电池的制备方法简单，成品率高。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法。

背景技术

固态燃料电池工作温度比熔融碳酸盐燃料电池的温度还要高，其工作温度一般位于500～1000℃。其单体电池是由正负两个电极(负极为燃料电极，正极为氧化剂电极)以及电解质组成。阳极、阴极的主要作用是提供电极反应活性位、导通电子和提供反应气体、产物气体的扩散通道。固体电解质将两侧的气体分隔开来，由于两侧氧分压的不同，产生了氧的化学位梯度，在该化学位梯度的作用下，在阴极获得电子的氧离子经固体电解质向阳极运动。在阳极，氢原子释放出电子形成氢离子并与氧离子结合生成水，燃料的化学能转变为电能输出。

固体燃料电池由高温煅烧的方法制得。电极的热膨胀显著大于电解质层，电池在高温煅烧制备过程中，电极受热膨胀后容易从电解质层上脱离导致电池成品率较低。

发明内容

本申请提供一种以电解质层为基体的燃料电池及其制备方法，缓解了电极在高温煅烧制备过程中，电极的变形率大于电解质层的变形率从而使电极与电解质层分离，导致电池性能下降、损坏或者降低电池的寿命，导致电池的成品率不高的问题。

本申请第一方面提供一种以电解质层为基体的燃料的制备方法，其包括：

以电解质层为基体，在电解质层的一个表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型，煅烧得到半成品；

在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型，涂覆第二电极，分离沟脊模型，煅烧；

当第一电极为阴极，第二电极为阳极；

当第一电极为阳极，第二电极为阴极。

在上述技术方案中，以电解质层作为基体，先在电解质层表面设置沟脊模型，涂覆第一电极，分离沟脊模型后，第一电极留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧得到半成品，使第一电极与电解质层稳定连接；再在半成品的电解质层的另一个表面可选地设置沟脊模型。

电解质层的另一个表面设置有沟脊模型时，涂覆第二电极，分离沟脊模型后，第二电极留有沟脊模型分离后的多个沟脊，煅烧成型，使第二电极也与电解质层稳定连接。

第一电极和第二电极分别是阳极和阴极或是阴极和阳极。第一电极和第二电极均留有的多个沟脊分别用于释放第一电极和第二电极内部应力，从而分别减小由于应力产生的形变，防止第一电极和第二电极与电解质层脱离，引导第一电极和第二电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成，防止第一电极和第二电极由于产生较多裂纹导致性能下降，降低燃料电池的使用寿命。

电解质层的另一个表面没有设置有沟脊模型时，直接涂覆第二电极，煅烧成型，使第二电极也与电解质层稳定连接。

第一电极留有的多个沟脊用于释放第一电极内部应力，从而减小第一电极由于应力产生的形变，防止第一电极与电解质层脱离，引导第一电极冷却收缩时收缩裂纹沿着多个沟脊生成，防止第一电极由于产生较多裂纹导致性能下降，降低燃料电池的使用寿命。同时减小整个燃料电池的内部应力，提高第二电极产生形变后与电解质层的适应性。

在前述第一方面的一些实施例中，以电解质层为基体的燃料电池的制备方法包括：