[发明专利]一种喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法

说明书

本发明公开了一种喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，所述方法包括：按照预定质量百分比将电极粉末、表面活性剂、分散剂、挥发抑制剂、酸碱调节剂和溶剂制成混合溶液作为喷墨3D打印的电极墨水；根据要制备的电极结构制定打印程序，并输入到喷墨3D打印机中；设置喷墨3D打印机的打印参数，包括：脉冲波形、峰值电压、脉冲频率、基板温度、打印层数和单层间隔；按照设定的打印程序和打印参数，以预先制备好的电解质层作为打印基体，使用所述电极墨水进行喷墨3D打印，得到电极前体，并置于烘箱中进行干燥；对烘干处理后的电极前体进行烧结处理，得到固体氧化物燃料电池电极。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，具有高效率、无污染、全固态结构以及燃料选择和移动灵活性等优点，在固定和移动电源领域具有广阔应用前景。

固体氧化物燃料电池中电解质为全固态致密结构，阳极和阴极则均具有多孔微结构，合理的微结构是实现电/离子在不同材料中的有效传输、界面反应和扩散及提供结构支撑的保证，所以电极的制造手段对于电池和电极性能的改善也至关重要，是除了材料本身以外，对固体氧化物燃料电池可靠性和耐用性调控的另一关键因素。

然而固体氧化物燃料电池在其实用化过程中仍存在一些问题需要解决，传统的制备方法如丝网印刷等获得的是不可控、可重复性差的微结构，无法准确控制和平衡机械及电化学性能；传统的制备方法中单层电极的厚度往往较厚，不利于根据固体氧化物燃料电池实际工作需求对其不同空间位置电极组分的调控。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，本发明提供一种喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，充分发挥喷墨3D打印技术为实现电极薄层可控化制造的优势，作为解决固体氧化物燃料电池性能调控问题的创新而有效的手段。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，其中，所述喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法包括：

按照预定质量百分比将电极粉末、表面活性剂、分散剂、挥发抑制剂、酸碱调节剂和溶剂制成混合溶液作为喷墨3D打印的电极墨水；

根据要制备的固体氧化物燃料电池电极的结构制定打印程序，并输入到喷墨3D打印机中；

设置喷墨3D打印机的打印参数，所述打印参数包括脉冲波形、峰值电压、脉冲频率、基板温度、打印层数和单层间隔；

按照设定的打印程序和打印参数，以预先制备好的电解质层作为打印基体，使用所述电极墨水在所述打印基体上进行喷墨3D打印得到电极前体，并置于烘箱中进行干燥；

将烘干处理后的电极前体进行烧结处理，得到固体氧化物燃料电池电极。

所述的喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，其中，所述电极粉末、表面活性剂、分散剂、挥发抑制剂、酸碱调节剂和溶剂的质量比为10%:2%:0.5%:5%:10%:72.5%。

所述的喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，其中，所述电极粉末为燃料电池阴极钙钛矿材料，所述燃料电池阴极钙钛矿材料包括镧锶钴氧体、镧锶钴铁氧体和镧锶钴锰氧体中的一种或多种。

所述的喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，其中，所述表面活性剂为20%浓度的聚乙二醇水溶液。

所述的喷墨3D打印制造固体氧化物燃料电池电极的方法，其中，所述分散剂为三乙醇胺。