[发明专利]一种制备管式固体氧化物燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子胶连成型技术制备管式异形固体氧化物燃料管式电池的方法，属于固体燃料电池领域。

背景技术

燃料电池是一种使用气体燃料，把燃料的化学能直接转换为低电压直流电能的电化学发电装置，即将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，其理论能量转换率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。

固体氧化物燃料电池(SOFC)技术作为一种高温燃料电池，除了具有一般燃料电池高效率、低污染的优点外，SOFC还具有以下优点：(1)经由热回收技术进行热点合并发电，可获得超过80％的热点合并效率，当和汽轮机混合使用时，其发电效率可达到70～75％；(2)SOFC的电解质是固体，因此没有电解质蒸发与泄漏的问题，而且电极也没有腐蚀的问题，运转寿命长；(3)SOFC无需使用贵重金属催化剂，而其本身具有内重整能力，可以直接采用天然气、煤气或其他碳氢化合物作为燃料，简化了电池系统；(4)发电效率高，可以承受超载、低载，甚至短路。

商业化燃料电池堆是由多个单电池串并联组成。固体氧化物燃料单电池结构上分类，可分为：管式与平板式二类结构。相比而言，管式SOFC的优点是结构简单，密封容易，抗热震能力强，对负载反应迅速，规模容易放大，是一种很好能实现商业化的结构形式。目前，国际上管式SOFC发展领先的是Siemens-Westinghouse公司，他们采用挤出法成型，以阴极陶瓷作为支撑体，电解质和阳极采用EVD或等离子喷涂(plasma spraying)的方法成型，其使用的设备复杂，工艺要求高，所以制造成本高，制约固体氧化物燃料电池的更大规模化使用。

相比而言，电池采用阳极支撑方式的结构，燃料电池可以以内重整的方式运行，简化外重整器，结构更加简洁，阳极材料(如YSZ和NiO材料)就可达到合适的支撑强度，所以近年来为不少国内外厂家和研究机构所采用，如美国Acumentrics公司的挤压成型、韩国能量研究所、日本京瓷等。

国内上海硅酸盐研究所李丽松等人于2005年申请了专利“浸渍成型管式固体氧化物燃料电池的方法”，公开号CN1700494A。该项现有技术介绍了一种高温管式固体氧化物燃料电池的制备方法，通过配料、球磨、抽真空、浸渍、脱模、预烧、烧结、热处理等过程，以管状模具为基础，通过对浸渍次数的控制，可以大体的控制管式SOFC不同电极的三明治结构，工艺简化，易于掌握。由于采用有机溶剂制备浆料，增大后期环保工作量，对环境敏感度高，同时工艺上也难以制备出复杂结构的管状结构的SOFC电池。

中国科学技术大学孟广耀等人于2002年申请了专利“一种阳极支撑管状固体氧化物燃料电池”，公开号CN 2547010Y，采用挤压机成型出内有七个支管的异形管状阳极支撑体，最后制备出异形多孔管状电池。其电池优点有：1)增加有效反应面积，提高功率密度和2)提高支撑管内空间利用效率。挤压机成型对于复杂结构时，对于模具设计和挤压工艺都要求苛刻，不容易制备产品的保证成功率，不利于工业化大生产。

较理想阳极支撑层需要一定的结构强度、微观均匀、透气能力、工作还原后的电导大、与电解质热膨胀系数匹配。目前对于氧化锆电解质的燃料电池上，一般采用氧化锆和氧化镍为支撑材料。

上述发明制备阳极支撑制备方法，由于采用固相挤压或有机溶剂粉料成型，保证热膨胀系数匹配时，氧化镍加入量不能太多，在透气能力和电导能力上难以保证。如采用部分镍以溶液形式加入，在保证镍含量条件下，可有效提高镍在支撑体分布分子级别的均匀性和连贯性。目前粉状造孔材料加入烧结后，容易在支撑体中形成部分闭孔，不利于提高气体在阳极支撑层的扩散效率，增加极化电阻值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种采用高分子胶连成型成型技术制备管式固体氧化物燃料电池的方法，简易调节支撑体材料成份、微观结构和材料均匀性，增强电池效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种制备管式固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采用高分子胶连成型的方法制备管式阳极支撑体，所述管式阳极支撑体是陶瓷阳极支撑体，其制备方法包括以下步骤：

a)配制含有高分子单体和交联剂的水溶液，再将陶瓷粉体原料、均相连接剂、造孔材料和分散剂分别加入所述水溶液中，得到支撑体浆料；

b)在步骤a)所得的支撑体浆料中加入碱或酸，调整所述支撑体浆料的酸碱度PH值在6～12；