[发明专利]固体氧化物燃料电池阳极/电解质双层膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域的方法，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阳极/电解质双层膜的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，它不需经过从燃料化学能→热能→机械能→电能的转变过程，具有许多优点，其中突出的优点在于燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料，因此可广泛地采用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气、生物质气、甲醇和乙醇等多种碳氢燃料。固体氧化物燃料电池具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。固体氧化物燃料电池的开发研究以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好固体氧化物燃料电池的应用前景。目前，固体氧化物燃料电池进入商业化发展的主要障碍是电池系统寿命和价格。平板式固体氧化物燃料电池，尤其是中低温固体氧化物燃料电池(500～800℃)，是目前国际上固体氧化物燃料电池研究的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，降低了对密封等其它材料的要求，可采用低成本的陶瓷制备工艺，可望大幅降低固体氧化物燃料电池的材料和制造成本。其中，Ni-YSZ(YSZ：钇稳定氧化锆)阳极支撑中温固体氧化物燃料电池近年来在国际上得到了广泛的重视，优良的电池堆性能也已有报道，部分研发单位具备了较大规模的生产能力，但与厚阳极支撑体相关的问题未得到解决。煤气化气、天然气和生物质气化气等燃料具有共同的特点，即这些燃料都含有以甲烷为主的碳氢化合物和以硫化物为主的杂质。目前常规的固体氧化物燃料电池阳极为Ni-YSZ，Ni是理想的氢电催化剂，但它会催化断裂碳氢化合物中的碳氢键，在以干或低含量水碳氢化合物为燃料时易造成碳在阳极表面的沉积，同时燃料中的硫化物易使Ni中毒，从而使固体氧化物燃料电池在发电过程中因阳极被碳堵塞和硫中毒而损坏。目前采用的方法是水蒸汽重整法将碳氢化合物转化为氢气和一氧化碳，用脱硫方法去除硫化物，但这样将增加固体氧化物燃料电池发电系统的复杂性，降低发电效率，从而提高了整个系统的成本。另外，在氧化还原循环中，多孔阳极支撑体中的金属镍被氧化成NiO，继而NiO被还原成金属镍，多孔阳极支撑体经历体积变化，从而导致电解质开裂，因此若系统出现故障导致燃料供应中断易引起因空气进入阳极室导致Ni-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池损坏。对此，发展新型固体氧化物燃料电池阳极支撑体结构及其制备方法，可实现碳氢化合物燃料的高效利用，加快固体氧化物燃料电池商业化的进程。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN101577341A，名称为“固体氧化物燃料电池及其整电池低温制备的方法”的专利，采用三次逐层流延或分层流延共压，再低温共烧制得多孔膜/致密电解质/多孔膜三层膜，然后在一侧浸渍阳极材料，另一侧浸渍阴极材料，低温烧结得到整电池。但流延法难以制备超薄的致密电解质，而电解质薄膜的厚度决定了电池的内阻损耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种内阻损耗小、抗积碳，具有耐硫性能的固体氧化物燃料电池阳极/电解质双层膜及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种固体氧化物燃料电池阳极/电解质双层膜，其特征在于，包括以多孔氧化钇稳定氧化锆为阳极结构骨架的厚膜，该阳极结构骨架的厚膜一侧沉积的致密电解质薄膜，所述的多孔氧化钇稳定氧化锆为阳极结构骨架的厚膜内沉积有纳米电催化剂。

所述的致密电解质薄膜中电解质为氧化钇稳定氧化锆，或氧化钪和氧化铈稳定氧化锆。

所述的纳米电催化剂为VO_a-TM或VO_a-La_1-bA_bCrO₃或VO_a-A_1-x-zLn_xTi_1-yB_yO₃，其中TM为Cu、Mn、Fe和Co中的一种或多种，A为Ca、Sr和Ba中的一种，Ln为钇(Y)或镧系元素，镧系元素包括：镧、铈、镨、钕、钐、钆、镝或混合稀土元素；B为取代Ti的过渡金属元素，包括：锰、铁、镍、钒、铌或钼；化学组成中的a＝1～2，b＝0～0.5，x＝0～0.5，y＝0～0.5，z＝0～0.1。