[发明专利]利用天然气的固体氧化物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种利用天然气的固体氧化物燃料电池。 

背景技术

氢氧燃料电池是一种等温并直接将储存在燃料和氧化剂的化学能高效，环境友好地转化为电能的发电装置，也是一种新型的无污染，无噪音，大规模，大功率，和高效率的汽车动力和发电设备。它可以有效地解决能源安全和环境问题。因此，近10年来，氢氧燃料电池发电技术得到全球的高度重视,逐渐形成了新兴产业。燃料电池具有能够实现小型轻量化、高输出密度的可能性，因此，正在大力推进在便携用电子设备用的新型电源、家庭用废热发电系统等中的用途开发。燃料电池具备由阳极和阴极夹持电解质膜而成的构成的膜电极复合体(MEA) 作为发电主要部，根据电解质膜的种类分为：固体聚合物型燃料电池( 包括直接型燃料电池)、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、碱性燃料电池等。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一项新能源技术，具有无腐蚀、能量转化效率高、环境友好和寿命长等优势。SOFC是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置，具有多燃料适应性，可以使用氢和天然气等碳氢化合物为燃料。由于以氢为燃料还需要天然气重整制氢并涉及氢储存问题，所以将天然气转化成为电能的天然气直接氧化SOFC具有更大的优势，目前逐渐成为了研究热点。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种利用天然气的固体氧化物燃料电池，利用改进电解质、电池结构使天然气向电能的转化更高效。

本发明的利用天然气的固体氧化物燃料电池技术方案为，包括阴极、阳极以及阴极与阳极中间的电解质；电解质材料为氧化铈固体电解质；阳极材料为金属陶瓷；阴极材料为钙钛矿材料。

电解质材料为镓掺杂氧化铈(GDC) 或钐掺杂氧化铈(SDC)。

阳极材料为Ni-YSZ 金属陶瓷、Ni-GDC 金属陶瓷、Ni-SDC 金属陶瓷中的一种。

阴极材料为La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)、Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC) 以及LSM-MnO2中的一种。

所述的利用天然气的固体氧化物燃料电池，步骤包括，

（1）将NiO与电解质材料混合,在直径15mm的模具中初压成型；

（2）将电解质材料均匀铺在NiO与电解质材料混合压成的衬底上,在300-500MPa下将阳极和电解质薄膜共压；

（3）将步骤（2）获得的双层阳极/电解质在1000-1400℃下烧结3-6小时；

（4）将配制好的阴极浆料丝网印刷在电解质表面；

（5）升温到1000℃保温2小时后即得到利用天然气的固体氧化物燃料电池。

步骤（1）中NiO与电解质材料按重量比为50:50-80:20。

步骤（2）中电解质材料为0.1mm厚度的电解质膜所需量。

步骤（4）中阴极浆料为阴极材料与松油醇按80:20的重量比制成的混合物。阴极面积为0.25cm²。

本发明的有益效果为：本发明的一种利用天然气的固体氧化物燃料电池，包括阴极、阳极以及阴极与阳极中间的电解质；电解质材料为氧化铈固体电解质；阳极材料为金属陶瓷；阴极材料为钙钛矿材料。将天然气从阳极一侧持续通入。利用改进电解质、电池结构使天然气向电能的转化更高效。

附图说明：

图1所示为本发明实施例1-3中制备的利用天然气的固体氧化物燃料电池的性能测试曲线；

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例１

将NiO与SDC材料按照60:40的重量比混合,在直径15mm的模具中初压成型,将计算好的0.1mm厚度的电解质膜所需量的SDC材料均匀铺在NiO+SDC衬底上,在400MPa下将阳极和电解质薄膜共压。将获得的双层阳极/电解质在1250℃下烧结5小时。将配制好的阴极浆料(阴极材料SSC与松油醇按80:20的重量比的混合物)丝网印刷在电解质表面(阴极面积为0.25cm²)。在一定的程序控温的条件下升温到1000℃保温2小时后即得到利用天然气的固体氧化物燃料电池。本实施例的产品性能测试见图1。

实施例2.