[发明专利]以纸纤维作造孔剂制备多孔阳极支撑体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔阳极支撑体的制备方法；具体涉及用于阳极支撑型电解质薄膜电池的多孔阳极支撑体的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种不需要经过燃烧等中间步骤而直接将燃料和氧气的化学能转化为电能的陶瓷电化学装置，所以该电池具有高的能量转化率、环保等优点。SOFC由电解质、阳极和阴极三部分组成。SOFC的阳极要求在还原气氛下保持稳定并能使气体在电极中畅通，这就要求我们要在阳极材料加入造孔剂以增加阳极的孔隙率。

目前研究的热点是阳极支撑型电解质薄膜电池。在制备金属陶瓷阳极支撑体的过程中加入造孔剂，在高温处理的过程中这些造孔剂被烧掉，可以在阳极内形成连通的孔隙，使反应气体能快速进入内层阳极参加电化学反应，同时也使产物气体能快速排出阳极。造孔剂颗粒的形状决定了阳极中孔洞的形貌，通常在阳极中添加的造孔剂有面粉、淀粉、玉米粉等有机物造孔剂和石墨粉、碳粉等碳单质造孔剂等，它们在阳极中留下了球形或形状不规则的孔洞；要使这种形貌的孔洞形成连通的气体输运通道，需要使用大量造孔剂，但是造孔剂的用量过大会降低阳极支撑体的强度，同时还会造成阳极支撑体中金属陶瓷相相对含量的降低而减少了三相反应界面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决用现有造孔剂在阳极支撑体中形成连通的气体输运通道，降低了阳极支撑体强度及减少了三相反应界面的问题；而提供了以纸纤维作造孔剂制备多孔阳极支撑体的方法。

本发明中以纸纤维作造孔剂制备多孔阳极支撑体的方法是按下述步骤进行的：一、将氧化亚镍与固体氧化物电解质按0.25～9∶1的质量比混合后研磨，得到细度粒径为0.1微米～10微米的初始粉体；二、称取与初始粉体质量比为0.05～0.5∶1的纸屑，然后加入到溶剂中浸泡0.1～24h，溶剂质量是纸屑质量的2～100倍，再在30～90℃条件下磁力搅拌0.1～24h，得到纸纤维悬浊液；三、将纸纤维悬浊液25～250℃下烘干，然后研磨得到纸短纤维，将纸短纤维与初始粉体混匀得到阳极最终粉体；四、将步骤三的阳极最终粉体置于钢制模具中，在室温下以10MPa～2000MPa的压力压制，制备厚度为0.05～3mm的阳极坯体；五、将阳极坯体在900～1500℃条件下烧结0.1～10h；得到多孔阳极支撑体；其中步骤二所述溶剂为去离子水、无水乙醇、异丙醇中的一种或其中几种的混合。

步骤一所述的固体氧化物电解质为掺杂量为1％～30％(摩尔)碱土氧化物掺杂氧化锆、掺杂量为1％～20％(摩尔)稀土氧化物掺杂氧化锆、掺杂量为1％～50％(摩尔)碱土氧化物掺杂氧化铈或掺杂量为1％～50％(摩尔)稀土氧化物掺杂氧化铈。所述碱土氧化物掺杂氧化锆中的碱土氧化物均是指氧化钙、氧化锶或氧化钡，所述碱土氧化物掺杂氧化铈中的碱土氧化物均是指氧化钙、氧化锶或氧化钡。所述稀土氧化物掺杂氧化锆中的稀土氧化物是氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化铕、氧化钆、氧化钬、氧化铒、氧化镝、氧化铥、氧化镱、氧化钇或氧化钪，所述稀土氧化物掺杂氧化铈中的稀土氧化物是氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化铕、氧化钆、氧化钬、氧化铒、氧化镝、氧化铥、氧化镱、氧化钇或氧化钪。步骤二所述的纸屑由定量滤纸、定性滤纸、新闻纸(也叫白报纸)或草纸粉碎而成。

上述方法的步骤三还能按下述步骤进行的：将步骤一制得的初始粉体加入步骤二制得的纸纤维悬液中，在10～70℃条件下磁力搅拌0.1～24h，然后在25～250℃下烘干，再研磨成粉状即可。

本发明采用纸纤维作造孔剂来制备固体氧化物燃料电池阳极支撑体，使用少量的造孔剂在阳极中形成细线状的孔隙，并且细线状孔隙相互导通，孔结构合理，能够使反应气体和产物气体在阳极内快速流通，使阳极中的化学反应顺利进行，造孔剂用量少，从而保证了阳极具有足够的机械强度；本发明阳极支撑体中孔的结构增加了三相反应界面(催化活性中心)的长度和电极/电解质的接触面积，大大降低界面电阻；并使气体更容易扩散到三相界面处，减小由于电极浓差极化造成的电池效率的降低，提高了电池输出性能。本发明产品的孔隙率为30～40％(体积)。

附图说明

图1是具体实施方式三十二制得多孔阳极支撑体的微观结构图；图2为具体实施方式四十一的固体氧化物燃料电池结构示意图，图中a表示阳极支撑体，b表示YSZ薄膜，c表示阴极；图3为具体实施方式四十一的固体氧化物燃料电池在800℃的I-V、I-P曲线图，图中1表示I-V曲线，2表示I-P曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。