[发明专利]一种冰冻流延制备固体氧化物燃料电池金属支撑体工艺

摘要

一种冰冻流延制备固体氧化物燃料电池金属支撑体工艺，采用冷冻流延技术制备一种梯度多孔金属支撑体材料，通过浆料配制，冰冻流延，冷冻干燥，烧结，还原五个步骤制备，这种材料的孔径分布沿厚度方向呈连续性变化，具有高比表面积、高比强度，更重要的是其与阳极功能层结合强度较高。

主权项

1.一种冰冻流延制备固体氧化物燃料电池金属支撑体工艺，其特征在于，包括以下步骤：1）浆料配制：以水为溶剂，将30~50%丙烯酸乳液加入水中分散，并加入20～30g鱼油作为分散剂，在球磨机中球磨12h，随后加入20~40g邻苯二甲酸丁苄酯（BBP），聚烷基乙二醇（PAG），继续球磨12h，再加入20～30g鱼油作为分散剂，10~20g PVB和B98作为粘结剂，并加入可还原的金属氧化物粉末100~300g继续球磨12h，制成流延浆料，其中金属氧化物粉末为NiO，Fe₂O₃，Fe₃O₄，CuO中一种或几种的混合物；2）冰冻流延：将制备好的流延浆料进行真空除泡，通过流延装置进行流延，先经历一段室温干燥，随后进入‑40℃预冷冻干燥；3）冷冻干燥；冷冻干燥先将流延试样在低温下进行冻结，使试样中的水凝固成冰，然后在真空环境下将冰升华，升华结束后进行解吸干燥，除去部分结合水，冷冻在制冷系统中进行，冷冻速度控制在5~10 ℃ min^‑1，冷冻时间控制在2~4h，升华在真空干燥箱中进行，干燥温度为90℃，绝对压力为设置为1.3~1.7Pa，在二次干燥过程中，真空度需要进一步提高，干燥时间需要延长到6~8h；4）烧结：将步骤3）中流延试样中的溶剂升华完后，便可对多孔结构的坯体进行烧结，三步烧结工艺：在240℃下脱脂，低温预烧结温度为室温~1100℃和高温烧结温度为1100~1500℃，脱脂过程中，先将试样中的有机添加剂排除，低温烧结速度缓慢，保证试验中的有机物全部燃烧，防止试样破裂，高烧烧结促进颗粒之间进一步烧结；5）还原：在还原过程中，金属支撑体存在两只机制，一种是金属氧化物还原，一种是还原出来的金属颗粒的烧结； 通过调节还原气氛中H₂的含量实现对还原速度和烧结速度合理控制，支撑体的还原温度为700℃。