[发明专利]一种双离子型燃料单体电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料单体电池的制备方法，特别涉及一种双离子型燃料单 体电池的制备方法。

背景技术

根据水产生的场所不同，燃料电池可以分为以下三种类型：

a)氢离子型燃料电池：电池工作时，电解质只传递H⁺，水在阴极一侧生 成，例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)就是 这种类型。

b)氧离子型燃料电池：电池工作时，电解质只传递O^2-，水在阳极一侧生成， 例如固体氧化物燃料电池(SOFC)就是这种类型。

c)双离子型燃料电池：电池工作时，电解质同时传递H⁺和O^2-，但是水既 不在阴极也不在阳极侧生成，而是在电解质中生成。电解质靠近电极的两侧致 密，中间层带空隙，H⁺和O^2-在中间层汇合生成水，然后通过电解质中的空隙排 出。

而双离子型燃料电池是近年来提出的一种新型燃料电池模型，其在发展过 程中经历了两种阶段：(a)采用双组分导电介质做电解质：电解质有三层组成， 靠近阳极的一侧是一层致密的组分A(例如ZirconiaYttriumco-dopedBarium Cerate,BCZY)，靠近阴极一侧是一层致密的组分B(例如YttriumdopedCeria, YDC)，中间层为组分A+B的多孔混合结构。每一种组分在特定的工作温度条 件下只传导一种离子，例如组分A只负责传导H+，组分B只负责传导O^2-，而 中间层是H⁺和O^2-汇合生产H₂O的地方。这种设计能够有效地防止离子穿透电 解质层到达另一侧电极(例如H⁺到达阴极或者O^2-到达阳极)，能够确保燃料电 池在双离子型条件下工作。但是双组分固相增加了电解质制备的难度，两种不 同的组分由于热膨胀性不一样，在烧结过程中容易出现电解质层裂开以及过高 的接触电阻。(b)单组分的电解质：电解质依旧由三层组成，靠近电极的两侧 是致密的电解质层，中间是带多孔的电解质层，用来排水。但是这三层是由同 一种组分组成，这就要求这种电解质材料(例如钙钛矿型复合氧化物)既能传 导H⁺又能传导O^2-。这种设计的好处是减少了制备过程中的工艺步骤和难度，烧 结过程中电解质层的结构较稳定，但水蒸气的排放通道并没有特意固定设置， 只是通过电解质材料本身颗粒之间自然形成的孔道来进行排放，但是电解质颗 粒之间自然形成的多孔的微观通道其孔径较小，且排水路径弯曲，会产生较大 的排水阻力，影响了电池性能。双离子型燃料电池是一种新型燃料电池设计， 理论上具有性能优势，但是如何在制备过程中实现有利于电池内部水蒸气扩散 的双离子型燃料电池，成为目前比较紧急的课题。

发明内容

本发明旨在提供一种可提高电池内部水蒸气扩散的双离子型燃料单体电池 的制备方法。本发明通过以下方案实现：

一种双离子型燃料单体电池的制备方法，在阳极基板上采用湿法喷涂法喷 涂电解质形成阳极板，再将阳极板压实后于1300～1500℃热处理5～6小时，再 将热处理后的阳极板置于充满保护气体的环境中，采用脉冲激光沉积法，在平 行于阳极板宽度或长度的方向上，每间隔一定距离沉积造孔材料，并使造孔材 料呈条状，冷却后再采用湿法喷涂法制备电解质，使造孔材料包覆其中，形成 电解质层，之后再将阴极板叠加在电解质层上，之后将阳极板/电解质层/阴极板 共同压实后于1300～1500℃热处理4～5小时，冷却后在阳极板和阴极板的外接 触面上安装集流器。

所述湿法喷涂法可采用现有技术，主要工艺为将致密层电解质材料(阳极 侧为BCZY，阴极侧为YDC)与有机溶剂(例如乙醇)、分散剂(例如聚乙烯亚 胺)、黏贴剂(例如聚乙烯醇)按一定比例配成溶液，溶质的质量分数为5～10％， 溶液在300rpm以下的转速下球磨15～20h。球磨后的溶液通过仪器的喷嘴(例 如可以选择喷嘴规格为RICHPEN,ES6,0.6mm)通过1～3bar的压力压出，喷射 角度为垂直于基体(90℃)，喷嘴与基体距离为0.5～10cm，喷完后，基体在乙 醇饱和的气氛下缓慢干燥24h以上以避免出现开裂。