[发明专利]一种用于提高电极薄膜性能的方法以及由此得到的固体氧化物燃料电池

说明书

本发明涉及一种用于提高电极薄膜性能的方法，包括：制备阳极层；通过丝网印刷形成电解质薄层，将电解质薄层置于充满第一有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备电解质层；通过丝网印刷形成阻隔薄层，将阻隔薄层置于充满第二有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备阻隔层；通过丝网印刷形成阴极薄层，将阴极薄层置于充满第三有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备阴极层；将阳极层、电解质层、阻隔层和阴极层自下而上依次放置，在80～180℃和2～8MPa的条件下热压，得到固体氧化物燃料电池。本发明还提供一种固体氧化物燃料电池，其根据上述的方法得到。本发明显著改善了薄膜的平整度与均匀性，提高了能量转化效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池，更具体地涉及一种用于提高电极薄膜性能的方法以及由此得到的固体氧化物燃料电池。

背景技术

燃料电池将燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电能，具有能量转化效率高、对环境污染小的特点。其中，由于无需使用贵金属催化剂或催化组分，并且可以兼容氢气与多种含碳气体和煤气化发电，固体氧化物燃料电池被认为是具有极大应用前景的新型发电技术之一

固体氧化物燃料电池核心组分一般由阳极、电解质和阴极三层薄膜构成。然而，由于各组分均为固体，固体与固体之间的点接触不同于常规电池组分中固体与液体之间的面接触，更容易出现接触不良的欧姆极化现象，从而产生较大的接触电阻，降低能量转化效率。现有技术中，通常采用丝网印刷法制备高温固体氧化物燃料电池，这种制备方法存在电池组分表面均匀性不够理想、活性物质利用率较低的问题。因此，优化阳极、电解质和阴极的接触效果，避免欧姆极化现象的出现，进而改善能量转化效率是十分必要的。此外，由于高温固体氧化物燃料电池的核心组分主要为氧化物陶瓷材料，机械强度差，在加工过程中易于断裂，限制了电池的面积和厚度。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于提高电极薄膜性能的方法以及由此得到的固体氧化物燃料电池。

本发明提供一种用于提高电极薄膜性能的方法，包括步骤：S1，制备阳极层；S2，通过丝网印刷形成电解质薄层，将电解质薄层置于充满第一有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备电解质层；S3，通过丝网印刷形成阻隔薄层，将阻隔薄层置于充满第二有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备阻隔层；S4，通过丝网印刷形成阴极薄层，将阴极薄层置于充满第三有机醇饱和蒸汽的密闭环境中均匀化制备阴极层；S5，将阳极层、电解质层、阻隔层和阴极层自下而上依次放置，在80～180℃和2～8MPa的条件下热压，得到固体氧化物燃料电池。

本发明通过对固体氧化物燃料电池的各薄层(电解质薄层、阻隔薄层和阴极薄层)进行有机醇饱和蒸汽浴和热压二次处理，一方面有效改善了薄层(即薄膜)的平整度与均匀性，稳定了气体的扩散速度，提高了电池的稳定性；另一方面，由于薄膜间组分间的接触面得以改善，减小了电池的内电阻，提高了电子与质子的传输与传导，提高了电池的电解效率；此外，热压处理进一步降低了电池组分断裂的可能性，一定程度上解除了对电池面积和厚度方面的限制。

优选地，阳极层包括位于下方的支撑层和位于上方的活性层，其中，支撑层由氧化镍和8wt％的氧化锆基电解质组成，活性层由氧化镍和3wt％的氧化锆基电解质组成。

优选地，阳极层的厚度为200～500μm。

优选地，氧化锆基电解质为氧化锆基氧化钇、氧化锆基氧化钪或氧化锆基氧化铈。在一个优选的实施例中，氧化锆基电解质为YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)。

优选地，所述步骤S2具体为：配制由氧化锆基电解质组成的电解质浆料，采用丝网印刷法均匀沉积电解质浆料形成电解质薄层，将电解质薄层置于充满第一有机醇饱和蒸汽的密闭环境中1～5min，得到均匀化的电解质薄层，根据电解质层的厚度重复进行操作制备电解质层。

优选地，电解质层的厚度为10-15μm，电解质薄层的厚度为3～5μm。