[发明专利]一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，属于固体燃料电池技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将氢气、天然气和生物质气燃料的化学能直接转化为电能的电化学装置，具有燃料丰富、效率高、无污染、无噪声、可热电联供等特点，可广泛应用于大型电站、分布式电站、汽车辅助电源、家庭热电联供系统等。尽管SOFC具有许多卓越性能，但目前尚未走向大规模应用，其主要制约因素是成本和寿命问题。新型金属支撑构造相对于传统的电解质支撑或电极支撑构造而言，可以提高单电池机械强度，增加电池抗热冲击能力，降低SOFC系统成本，并有助于解决电堆密封和连接难题，因此近些年来金属支撑SOFC在世界范围内引起了广泛关注，并逐渐成为SOFC研究领域内新的研究热点。由于金属材料的特点，使得金属支撑型SOFC具有如下优点：

(1)与传统陶瓷支撑型SOFC相比，金属基体的高热导率极大地降低SOFC的热梯度及热应力，提高了SOFC的抗热冲击性；

(2)金属材料的高电子电导率有助于减小SOFC的欧姆电阻，提高其电性能；

(3)廉价的金属材料如不锈钢等用来作为单电池支撑体，可大大降低SOFC的制备成本；

(4)金属材料易加工，有利于将支撑体加工成各种所需的形状；

(5)金属支撑体良好的柔性及便于电堆组装的密封与接触，从而提高电堆运行的稳定性。

中国专利CN200580019112.0公开了一种“固体氧化物燃料电池”，其由金属支撑层、活性阳极层、电解质层、反应阻挡层、活性阴极层、过渡层、阴极集电层等七层结构组成的金属支撑型固体氧化物燃料电池。由于结构复杂、工艺繁琐，可能会导致电池制备过程控制难度大、成品率低，且由于大多采用高成本的喷涂法来制备各功能层，不利于商业化的推广。

中国专利申请CN 1960047A公开了一种多孔金属支撑的低温固体氧化物燃料电池的制备方法，采用多孔不锈钢作为支撑体，在该支撑体上依次沉积阳极薄膜、电解质薄膜和反应阻挡层，然后在高温下烧结，制备出半电池，再在电解质侧沉积阴极活化层和阴极接触层，最后在空气中烧结，制成单电池；同时，该专利还在多孔金属侧选择性地浸渍重整催化剂，提高了电池的燃料适用性。但是多孔不锈钢基体的预先制作需要花费一定的成本，而且，由于该基体预先已经烧结，当其与阳极、电解质等功能层一起烧结时，比较难以解决收缩率匹配的问题，对制备大面积的电池带来一定的难度。再者，采用依次沉积阳极、电解质和反应阻挡层的工艺势必在各层的制备与干燥等方面花费较长的时间，限制了批量生产的效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种制备具有良好电化学性能的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，以实现金属支撑型固体氧化物燃料电池的规模化生产。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池的方法，包括如下步骤：

a)分别配制制备金属支撑层、阳极层、电解质层的混合浆料；

b)对步骤a)配制的3种混合浆料分别进行流延成型和干燥，分别制得金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯；

c)将步骤b)制得的金属支撑层、阳极层和电解质层的素坯依次自下至上叠置，然后于60～85℃、4～15Mp条件下进行热压5～30分钟；

d)将步骤c)热压得到的复合素坯切割成所需尺寸后在惰性气氛或惰性气氛与还原气氛形成的混合气氛下、于1250～1400℃进行共烧结，制得半电池；

e)采用丝网印刷或喷涂方法在半电池上沉积阴极浆料；

f)在700～850℃空气中烧结或原位烧结阴极后得到所述的大尺寸平板式金属支撑型固体氧化物燃料电池。

作为一种优选方案，制备金属支撑层的混合浆料的配方如下：

作为一种优选方案，制备阳极层的混合浆料的配方如下：

作为一种优选方案，制备电解质层的混合浆料的配方如下：

作为进一步优选方案，所述金属粉体为不锈钢粉体，所述不锈钢粉体为316、409、410、441、430、Fe22Cr等不锈钢粉体中的任意一种或几种。