[发明专利]管式固体氧化物燃料电池的阳极支撑体制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种管式阳极支撑型固体氧化物燃料电池及电池组的制备方法，具体涉及小型锥管式固体氧化物燃料电池的阳极支撑体制备方法。

背景技术：

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型的发电装置，它由阳极，电解质和阴极组成。阳极和阴极均为多孔陶瓷，是电池中发生电化学反应的场所；电解质一般为致密陶瓷，燃料在阳极上的氧化反应和氧化剂在阴极上的还原反应分别发生在致密电解质两侧，这样就将氧化反应和还原反应从空间上隔离开来，电池反应才能产生净电流；电化学反应中涉及的氧离子或者质子通过电解质传输。

申请号为200510101487.3的中国发明专利公开了一种锥管式阳极支撑固体氧化物燃料电池单体，如图1所示，包括多孔阳极支撑体、致密电解质膜和多孔阴极膜，致密电解质膜位于多孔阳极支撑体外沿，多孔阴极膜位于致密电解质膜外沿；多孔阳极支撑体为一端开口大，一端开口小的锥管状，小开口端的外缘为弧形；致密电解质膜覆盖多孔阳极支撑体外沿，包括小开口端的弧形外缘；阴极层位于锥管小开口端的弧形外缘与大的开口端端部边缘之间的致密电解质上层。这种电池单体空间尺寸小、电池输出功率大、容易制作，特别适用于小型SOFC电堆。电池单体的阴极与另一个电池单体的阳极方便地通过一个锥管与另一个锥管套接的方式进行串联连接，密封也较容易实现。多孔阳极支撑体由氧化亚镍与钇稳定化的氧化锆的粉料，按1∶1重量比混合，采用热压铸或注浆成型的方法制备。现有技术制备管式阳极支撑体一般采用挤出成型法，该法制备长管状阳极支撑体很方便，但制备可相互串接起来的锥管状阳极支撑体相对困难。

专利号为99108725.9的中国发明专利公开了采用石膏模注浆法制备了YSZ电解质薄管的方法；该方法在注浆成型过程中，浆料的均匀性和悬浮性对注浆产品的质量影响很大。由于不同种类的固体颗粒在水中都有各自的沉降电位，制备均匀，悬浮性良好的多组分注浆浆料相对于制备单组分浆料更为困难。上述专利中的注浆浆料由单一YSZ固体粉末制备，至今未见采用注浆成型法制备氧化镍(NiO)-YSZ锥管状阳极支撑体的实例。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种一端开口大，一端开口小，可相互套接串联起来的小型锥管式固体氧化物燃料电池的阳极支撑体制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

管式固体氧化物燃料电池的阳极支撑体制备方法，包括如下步骤：

a、石膏模的制备：将无水石膏粉末在150～170℃烘炒3～5小时，冷却至室温后待用；将烘炒好的石膏粉末与等质量的水混合，搅拌均匀，得到石膏浆料；将石膏浆快速倒入圆柱形金属模具中固化，蜕去金属模具，得到用于注浆成型阳极支撑管的石膏模；

b、将阳极浆料注入石膏模中得到阳极支撑体：(1)将等质量的NiO和YSZ粉末均匀混合之后得到阳极粉末；将阳极粉末中加入水，行星式球磨10～50分钟左右得到阳极注浆浆料，浆料中阳极粉末的含量为15～55wt％；阳极浆料中加入0.1～10wt％的阿拉伯树胶作为分散剂；(2)将(1)中制备好的阳极浆料注入石膏模空腔中，浆料中水被石膏模吸收，在石膏模空腔内形成一阳极层；待石膏模内的阳极管干燥并与石膏模体分开后，将阳极管取出并在马福炉中800～1250℃预烧1～3小时。

本发明相对于现有技术具有如下优点：

第一，现有技术制备管状阳极支撑体多采用挤出成型法，该方法制备锥管状阳极支撑体相对困难。注浆成型法可以通过改变石膏模具的形状制备不同外形的阳极支撑管，锥管状阳极便是其一；

第二，现有将石膏模注浆法应用于SOFC制备工艺的实例均为单一固体粉末注浆法，如注浆成型YSZ薄膜管和注浆成型锰酸镧锶管；本发明利用注浆法可制备NiO和YSZ复合阳极支撑管；

第三，现有的锥管串接式电池组中的单体电池多为电解质自支撑型，本发明将单体电池的结构改为阳极支撑型，通过浸渍法在阳极支撑管外表面制备致密YSZ电解质膜，显著降低了YSZ电解质膜的欧姆电阻，大大提高了单体电池的输出特性，在中温区(600～800℃)有很好的输出性能。

附图说明：

图1是锥管式阳极支撑固体氧化物燃料电池串联电池组结构示意图。图中1是多孔阳极支撑体；2是致密电解质膜；3是多孔阴极膜；4是小端口外缘；5是大端口外缘；6是连接和封装材料。

图2a是石膏模注浆成型法制备锥管状阳极支撑体的石膏模金属模具剖面图；

图2b是图2a充满石膏浆的金属模具剖面图；

图2c是图2a的石膏模剖面图；

图2d是图2c充满阳极浆料(NiO-YSZ-水)的石膏模具剖面图；