[发明专利]一种固体氧化物燃料电池合金连接体阴极侧涂层的批量制备方法

说明书

技术领域

发明属于能源材料领域，具体涉及一种低成本规模化制备固体氧化物燃料电池(SOFC；Solid Oxide Fuel Cell)合金连接体阴极侧涂层的方法。

背景技术

SOFC电堆由单体电池经连接体串、并联而成，从而实现高电压及功率的高输出。随着膜材料的应用，进而SOFC工作温度的降低，SOFC的相应制备及运行成本也相应降低。但SOFC的制备及运行成本依然居高不下，短时间内还很难与其它发电技术相竞争。但随着科技工作者的技术创新所带来的部件制备成本的进一步降低，以及寿命及稳定性的进一步提高，加之SOFC的高效率、低排放、环境友好等优点，相信SOFC真正商业化应用的时代很快就会到来。

目前，平板式SOFC合金连接板及其涂层，以及相应两侧接触层的相关成本依然占SOFC电堆成本一半以上。在保证使用质量和效率的同时，降低SOFC相应部件成本是其能真正商业化应用的关键。目前，平板式SOFC连接体主要采用含Cr的铁素体不锈钢合金(如Crofer22APU，ZMG232，SUS430等)。较其它合金相比，此类不锈钢合金具体明显的优势，如具有高的导电、导热率，易加工成型，成本低，且表面生成的氧化层相对电导率较高且不易分层。但这类合金做为连接体处于SOFC高温氧化环境下长时间工作时，由于氧化层的逐渐增厚及高价态Cr的挥发与在阴极的沉积，会使电堆长期稳定性下降，严重影响电堆寿命，因此必须进行有效的涂层。此涂层在保证高的电导率的同时，还必须能规模化制备、低成本。

合金连接板涂层批量生产工艺目前主要采用等离子喷涂技术(孙克宁等，中国发明专利，申请号：200510009899.4，申请日：2005.04.15；屠恒勇等，中国发明专利，申请号：01112688.4)，此类技术具有涂层与基底结合强度高的优势。但此类技术除了需要昂贵的等离子喷涂设备外，为了保证涂层与基底的良好结合，涂层基底一般需进行喷砂处理，这样会使连接板变形严重。此外，涂层一般较厚(50um以上)，且喷涂用粉体浪费严重。为了达到好的喷涂效果，相应目数的喷涂粉体(如LSM)的使用增加了粉体的制备与处理难度。同时，较高的喷涂温度极易造成喷涂材料成份损失(如Mn的挥发)。此外，有采用电镀工艺制备连接体涂层(Journal of Power Sources，195，2010：3256–3260)。但电镀工艺对于多元体系材料的制备很难精确控制，主要为基础研究阶段。现有技术中还没有将还原后的粉末与简单的室温喷涂技术相结合成功地实现对连接体合金涂层的低成本规模化制备的报道。

发明内容

本发明旨在克服现有固体氧化物燃料电池合金连接体阴极侧涂层的制备方法缺陷，本发明提供了一种制备大面积固体氧化物燃料电池合金连接体涂层的制备方法。

本发明提供了一种制备大面积固体氧化物燃料电池合金连接体涂层的制备方法，包括：

1)经还原的尖晶石粉体的制备：

首先，按尖晶石的组成，将尖晶石中金属元素的可溶性盐溶于水形成混合溶液，然后向混合溶液中加入有机酸以及分散剂，并加热混合溶液使其变成溶胶，其中，有机酸包括柠檬酸、或甘氨酸和/或乙二胺四乙酸；

其次，将溶胶先在150-300℃下加热膨胀至燃烧，然后直接在700-800℃、还原气氛下进行处理，从而得到所述经还原的尖晶石粉体；

2)将经还原的尖晶石粉体与有机溶剂混合后，形成浆料；

3)采用室温喷涂技术，将浆料喷涂于连接板上，烘干后在600-1000℃下烧结。

较佳地，所述尖晶石包括Mn-Co、Cu-Mn系列的尖晶石。

较佳地，有机酸以及分散剂的摩尔量≤金属元素摩尔量之和的2倍，优选≤金属元素摩尔量之和的1.5倍，有机酸的摩尔量为金属元素摩尔量之和0.5—1.5倍，分散剂包括乙二醇、聚乙二醇、聚氨酯和/或丙烯酸酯。

较佳地，在50-100℃下加热混合溶液蒸发水分，使其变成溶胶。

较佳地，将溶胶先在150-300℃下加热膨胀至燃烧，无需高温氧化后再还原，可将燃烧0.5—2小时后前驱体粉体样品直接放入管式炉中进行还原处理制得涂层粉末。

较佳地，在700-800℃、还原气氛下处理0.5—5小时；

还原气体包括氢气、一氧化碳或甲烷，流量为0.01—1L/分钟。

较佳地，喷涂浆料使用的有机溶剂包括乙二醇、异丙醇、异丁醇、松油醇、乙醇、丁醇、环己烷、丙酮、二甲苯、PVA、PVB、PVC、PC、乙基纤维素、聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种；

浆料中固含量为5—60％，优选10-60％；