[发明专利]基于SLA光固化3D打印制备电解质支撑体的方法

说明书

本发明属于电解质制备技术领域，具体涉及一种基于SLA光固化3D打印制备电解质支撑体的方法。将陶瓷浆料通过SLA光固化3D打印制备电解质支撑体生坯，经脱脂、烧结处理制得电解质支撑体，所述的陶瓷浆料的制备为：将向光敏树脂单体混合物中加入陶瓷粉体、分散剂、助烧结剂，之后加入光引发剂，混合均匀后真空脱泡，得到陶瓷浆料。本发明的方法有利于制备低形变、高精密度和结构复杂的陶瓷组件，具有生产成本低、产品成功率高以及效率高等优点，能够制备物理性能和机械性能良好、致密度高和微观缺陷少的电解质支撑体，其相对密度达99.5％以上，电导率达0.02～0.2S/cm。

技术领域

本发明属于电解质制备技术领域，具体涉及一种基于SLA光固化3D打印制备电解质支撑体的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是直接将化学能转化为电能的高效环保型发电装置，在汽车工业、区域供电、航天航空、军事等领域均有广泛应用。按支撑体的不同，SOFC可分为电解质支撑SOFC，阳极支撑SOFC和阴极支撑SOFC，其中电解质支撑SOFC因其机械性能好、电池性能稳定被广泛应用。电解质支撑体的制备方法主要包括干压法、流延法和相转化法。干压法是将定量预先处理过的粉末加入定制金属模具中，施以压力使其成为致密坯体，该方法操作简单，但干压成型时粉末极易团聚，压制厚度较大的坯体时会出现内部密度不均匀问题，因此该方法仅适合结构简单的扁平形状产品成型，且后期烧结过程中由于坯体内部干压应力的原因易产生微裂纹，影响产品质量。流延成型法是指在陶瓷粉料悬浮液中加入适量的溶剂、分散剂、粘结剂等添加剂，充分搅拌混合得到均匀稳定的悬浮液，在流延机上制备一定厚度的片的方法，具有工艺参数稳定、生产效率高、规模化生产、重复性好的优势，但流延法对混合悬浮液要求较高，烧结过程中极易发生坯体弯曲，而且流延后制备一定面积的电解质片时需要冲压，容易导致电解质片开裂或出现内部微观缺陷。相转化法是利用陶瓷粉体铸膜液与环境进行溶剂和非溶剂传质交换过程，使原来稳态溶液产生液-液相分离，最终固化成膜，该方法成产成本低、工艺操作简单、适合片批量生产，特别适合管式SOFC组件。

传统的SOFC电解质支撑体制备方法具有明显优势，但只能制备结构简单的片或者单管，很难制备蜂窝状、块体立体通道等复杂结构SOFC支撑体，更无法实现多种复杂结构制备的即时切换。而且，若采用现有电解质支撑体制备工艺来制备SOFC电堆，工艺也相当复杂且产生诸多稳定性问题。电解质支撑SOFC电堆通常先采用流延法制备电解质支撑体，然后在电解质支撑体上涂刷阴极层和阳极层形成单电池，再将多个单电池经与气体通道板组装形成板式电池堆；或是先经相转化纺丝法制备电解质支撑的中空纤维管，然后在管内和管外分别浸渍阳极和阴极形成单电池，再由多个单电池组装密封为管式电池堆。

可以看出，目前电池堆都经由单电池的制备再组装过程，步骤多耗时费力，导致电堆稳定性差；而且电堆组装中使用多种不同材质的连接体和密封件，与电堆主体陶瓷材料热膨胀系数不同，导致电堆在运行过程中产生热应力，造成电池堆机械性能破坏，电化学性能退化严重，稳定性和持久性变差。

中国专利CN113497266A公开一种电解质层的制备方法及其应用，包括电解质浆料配制、丝网印刷电解质以及电解质烧结三个过程，解决了丝网印刷制备的电解质层应用于燃料电池/电解池时损耗大、功率低的技术问题。但是该工艺只能用于SOFC电解质片制备上，一些复杂结构的电解质支撑体无法通过该工艺制备，而且该方法对悬浮液制备的要求高，电解质片受悬浮液粘度、丝网目数、印刷方式和次数影响大，人工依赖性强，不利于固体氧化物燃料电池的工业化。