[发明专利]一种固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种直孔结构支撑体固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种在高温(500～1000℃)下直接将化学能转化为电能的装置。相比于其他燃料电池，SOFC具有的优点包括：能量转化效率高；燃料适应范围广，可直接以小分子碳氢化合物为燃料；无需贵金属催化剂；全固态安结构，安全可靠；应用范围广，可用作便携移动电源、车辆辅助电源、分散电站等。因此，在全球范围内受到广泛关注。随着固体氧化物燃料电池技术的发展，电极支撑的薄膜电解质SOFC已经成为主流，其中电极支撑的平板型SOFC，电池堆功率密度高。目前，平板状电极支撑SOFC的制备大都采用流延、干压法等技术。干压法不宜于制备大尺寸的单电池。传统的流延制备技术，造孔剂和粉体颗粒自然堆积形成的多孔支撑体，其电极反应气体的扩散通道蜿蜒曲折，往往造成较大的浓差极化，影响电池性能。因此，优化支撑体电极的孔结构和降低支撑体电极的浓差极化，是目前SOFC技术研究和发展的重要课题。

发明内容

本发明针对现有制备技术的不足，提供一种采用多层浆料共流延和相转化相结合的技术，制备直孔结构支撑体固体氧化物燃料电池制备方法。

在本发明的一个方面，提供一种固体氧化物燃料电池，所述电池包括：

直孔结构支撑体层，其厚度为500-1500μm，优选600-1200μm，再优选700-1000μm，最优选800-1000μm；

电极活性层，其厚度为5-80μm，优选10-60μm，再优选10-40μm.，最优选10-30μm；

致密电解质层，其厚度为5-100μm，优选5-50μm，再优选5-30μm，最优选5-20μm。

在本发明的一个实施方案中，所述直孔结构支撑体层的材料可选自：

由电子导电相和离子导电相组成的双相复合阳极支撑体材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆或掺杂的氧化铈，电子导电相体积分数为35-65％，优选45-60％，再优选50-60％，最优选55-60％；或

由电子导电相和离子导电相组成的双相复合阴极支撑体材料，其中电子导电相为(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_3-δ(LSM)、La_0.6Sr_0.4FeO_3-δ(LSF)或La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ(LSCF)，离子导电相为氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆或掺杂的氧化铈组，电子导电相的体积分数为35-65％，优选45-60％，再优选50-60％，最优选50-55％。

在本发明的一个实施方案中，所述电极活性层的材料可选自：

由电子导电相和离子导电相组成的双相复合阳极活性层材料，其中电子导电相为NiO或CuO，离子导电相为氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆或掺杂的氧化铈，电子导电相体积分数为40-60％，优选40-55％，再优选45-55％，最优选45-50％；或

由电子导电相和离子导电相组成的双相复合阴极活性层材料，其中电子导电相为(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_3-δ(LSM)、La_0.6Sr_0.4FeO_3-δ(LSF)或La_0.8Sr_0.2Cr_0.5Fe_0.5O_3-δ(LSCF)，离子导电相为氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆或掺杂的氧化铈，电子导电相的体积分数为40-60％，优选40-55％，再优选45-55％，最优选45-50％。

在本发明的一个实施方案中，所述致密电解质层的材料可选自氧化钇的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、掺杂的氧化铈或钙钛矿型LaGaO₃基材料。

在本发明的另一个方面，提供一种固体氧化物燃料电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

a.采用多层浆料共流延和相转化相结合技术制备开放直孔结构的支撑体层和电极活性层；

b.制备致密电解质层；