[发明专利]三维打印具有立体通道蜂窝型固体氧化物燃料电池的方法

权利要求书

1.一种三维打印具有立体通道蜂窝型固体氧化物燃料电池的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）以阳极陶瓷粉体或阴极陶瓷粉体为原料，使用三维绘图软件设计结构，利用陶瓷三维打印机输出，一步法打印制备成具有立体通道结构的蜂窝型阳极支撑体或阴极支撑体的生坯；

（2）生坯经过烧结后，获得阳极支撑体或阴极支撑体；

（3）采用乳液浸渍法，在阳极支撑体上依次沉积电解质层、阴极层形成具有立体通道的阳极蜂窝型固体氧化物燃料电池；或者，采用乳液浸渍法，在阴极支撑体上依次沉积电解质层、阳极层形成具有立体通道的阴极蜂窝型固体氧化物燃料电池；

具有立体通道蜂窝型固体氧化物燃料电池包括相互平行排列的多组陶瓷微管（4），每组陶瓷微管（4）均设置在各自的陶瓷筋板（6）上，每组陶瓷微管（4）包含陶瓷微管管口（1）呈直线排列的多个陶瓷微管（4），平行排列的多组陶瓷微管（4）之间彼此分离，形成管间流体通道（5）；陶瓷微管（4）两端均由陶瓷管板（2）将陶瓷微管（4）固定连接成束，端面为蜂窝状，两块陶瓷管板（2）的两侧分别由两块陶瓷支撑板（3）相连，陶瓷支撑板（3）与陶瓷管板（2）垂直，陶瓷管板（2）、陶瓷支撑板（3）、陶瓷微管（4）与陶瓷筋板（6）均为一体化形成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电解质层所用的电解质材料为氧化锆基、氧化铈基或镓酸镧基中的一种或多种；氧化锆基、氧化铈基的结构为X_aY_1-aO_2-δ ；其中，

X为钙、钇、钪、钐、钆、镨金属元素的一种或多种；

Y为锆、铈、铋金属元素的一种或多种；

δ为氧缺位数，0≤a≤1；

阳极陶瓷粉体、阳极材料均为Ni基-电解质材料；且电解质层所用的电解质材料与阳极陶瓷粉体、阳极材料所用的电解质材料种类相同；

阴极陶瓷粉体、阴极材料均为结构为ABO_3-δ的掺杂的钙钛矿型陶瓷、结构为A₂B₂O_5-δ的双钙钛矿型陶瓷或结构为A₂BO_4-δ的尖晶石型陶瓷中的一种或多种；其中，

A为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钙、锶、钡中的一种或多种；

B为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、铝、钇、锆、铌、钼、铪、钽、钨、铼中的一种或多种；

δ为氧缺位数；

阳极陶瓷粉体、阳极材料、阴极陶瓷粉体、阴极材料、电解质层所用的电解质材料的粒度均为0.02～10微米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：管间流体通道（5）为直通道或S型曲折通道。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：烧结是生坯在900～1600℃的温度条件下，于一定气氛中热处理2～10h。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：气氛为氧化性气氛或普通大气气氛。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：阳极陶瓷粉体、阴极陶瓷粉体中均添加有机物粘结剂或造孔剂。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：乳液浸渍法是将电解质层材料、阴极材料分别与溶剂和添加剂配制成稳定的悬浮乳液，然后将阳极支撑体涂敷浸渍悬浮乳液，经过烘干、烧结或还原热处理；或者将电解质层材料、阳极材料分别与溶剂和添加剂配制成稳定的悬浮乳液，然后将阴极支撑体涂敷浸渍悬浮乳液，经过烘干、烧结或还原热处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：添加剂为造孔剂，包括球状石墨、淀粉、N-甲基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯微球或聚苯乙烯微球。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电解质层厚度为1～20微米，阴极层或阳极层为多孔，其厚度均为5～20微米。