[发明专利]固体氧化物燃料电池及其整电池低温制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池技术，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池及其整电池低温制备的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为将燃料的化学能直接转化为电能的能量转化装置，除了能量利用率高，环保，模块化等特点之外，还具有许多其他种类燃料电池不能比拟的优势：燃料适用范围广，除了H₂，CO外，还可以直接使用天然气，煤气，和其他碳氢化合物作燃料；无需使用贵金属电极，可有效降低成本；排放的余热可充分利用，作成热电联供装置，使综合效率达到80％。因此，对SOFC的研究与开发在全球范围内受到越来越广泛的关注。

现有技术中的SOFC的制作方法，是将多孔膜/致密电解质双层复合膜高温共烧，制作成需要的固体氧化物燃料电池。

上述现有技术至少存在以下缺点：

如图1所示，双层膜在烧结过程中容易向单方向翘曲；再加上高温烧结耗能较大，不利于节能。

发明内容

本发明的目的是提供一种不易翘曲、耗能小的固体氧化物燃料电池及其整电池低温制备的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的固体氧化物燃料电池，包括一层致密电解质膜，所述致密电解质膜的两侧分别设有一层多孔膜，其中一侧的多孔膜制成阳极，另一侧的多孔膜制成阴极。

本发明的上述的固体氧化物燃料电池整电池低温制备的方法，包括步骤：

首先，制备依次为多孔膜、致密电解质、多孔膜的三层膜生坯，并在1200-1500℃环境中共烧；

然后，用浸渍方法将电极催化剂用于多孔膜基体中，将两侧的多孔膜分别制成阳极和阴极。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的固体氧化物燃料电池及其整电池低温制备的方法，由于整电池包括多孔膜、致密电解质、多孔膜的三层膜结构，在1200-1500℃环境中共烧，三层复合膜可以实现两侧同时收缩，避免双层共烧的单向翘曲；另外双侧收缩可以有效提高中间致密电解质层的致密度，从而可以降低整体复合膜的烧结温度，不易翘曲、耗能小。

附图说明

图1为现有技术中双层电解质烧结收缩示意图；

图2为本发明的固体氧化物燃料电池的局部结构示意图；

图3为本发明中三层电解质烧结收缩示意图；

图4为本发明的整电池低温制备的方法流程示意图。

具体实施方式

本发明的固体氧化物燃料电池，其较佳的具体实施方式如图2所示，包括一层致密电解质膜，所述致密电解质膜的两侧分别设有一层多孔膜，其中一侧的多孔膜制成阳极，另一侧的多孔膜制成阴极。

所述的多孔膜的孔隙率大于或等于60％，致密电解质膜的相对密度高于或等于96％。

所述电解质膜包括以下至少一种材料：氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)、Y-Sc稳定的氧化锆(Y-Sc-SZ)、Sc-Ce稳定的氧化锆(10Sc1Ce-SZ)，Gd-掺杂CeO₂(GDC)、Sm-掺杂CeO₂(SDC)、Gd，Pr，Sm-掺杂CeO₂。

该固体氧化物燃料电池为电解质支撑整电池或阳极支撑整电池或阴极支撑整电池；

所述电解质支撑整电池中：多孔膜厚度为10-50μm，致密电解质厚度为100-300μm；

所述阳极支撑整电池中：阳极侧多孔膜厚度为300-1000μm，致密电解质厚度为5-50μm，阴极侧多孔膜厚度为10-50μm；

所述阴极支撑整电池中：阴极侧多孔膜厚度为300-1000μm，致密电解质厚度为5-50μm，阳极侧多孔膜厚度为10-50μm。

本发明的上述的固体氧化物燃料电池整电池低温制备的方法，其较佳的具体实施方式如图4所示，包括步骤：

首先，制备依次为多孔膜、致密电解质、多孔膜的三层膜生坯，并在1200-1500℃环境中共烧；

然后，用浸渍方法将电极催化剂用于多孔膜基体中，将两侧的多孔膜分别制成阳极和阴极。

所述三层膜生坯通过以下任意一种方法制得：

方法一：逐层流延制得；

方法二：三层分别流延，将三层生坯叠放入等静压机中，以压力30-60MPa、温度50-90℃的条件下压合成复合膜，压合时间为10-50分钟。

方法三：三层分别轧膜，将三层生坯叠放入等静压机中，以压力30-60MPa、温度50-90℃的条件下压合成复合膜，压合时间为10-50分钟。

所述三层膜生坯在1200-1500℃环境中共烧采用以下任一种方法：