[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法，具体包括以下步骤：（1）将阳极粉体与粘结剂按一定质量比混合研磨，得到均匀混合的阳极浆料；（2）将得到的阳极浆料涂覆在电解质片上，并在一定温度下烘烤一定时间，其中电解质片可为YSZ、GDC10或GDC20；（3）将电池在一定气氛中升温至一定温度；(4)对电池施加一定电流，进行一定时间的电化学极化，即可原位制备出阳极。通过电化学极化法原位制备的阳极，有效避免了传统阳极高温烧结制备法带来的工艺挑战。本发明具有制备条件温和可控，制备方法简单有效，在燃料电池电极制备领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法。

背景技术

能源是奠定人类社会不断发展的重要基石，而燃料电池(Fuel Cell)技术的出现则为人类的能源利用方式改革带来了新的契机。固体氧化物燃料电池(SOFC)为效率最高的燃料电池，理论上可以将任何燃料(如氢、天然气、醇、气油、碳等)直接转化为电能。阳极是SOFC的重要组成部分。在众多阳极选材当中，镍的电子电导较高，并且对于H₂氧化反应具有较高的催化活性，因此成为研究最为广泛的阳极材料。

在传统的电极制备工艺当中，普遍采取高温烧结（1200~1500^oC）获得阳极与电解质之间的界面，但高温也使阳极发生明显烧结，结构粗糙化，使电极性能降低。本发明首创利用电化学极化法制备镍基阳极，在电池测试温区（500-900^oC）即可原位形成良好的阳极与电解质之间的界面，避免了传统的高温烧结过程，最大程度地保留了阳极的亚微米、纳米结构。本发明对实现镍基阳极在固体氧化物燃料电池的开发应用意义重大。

发明内容

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法，利用电化学极化法原位制备含镍阳极，不经过传统高温阳极烧结过程，仅在电池运行温区（500~900℃）原位形成镍阳极层与YSZ电解质之间的界面。在保证电池输出相当功率的同时，极大程度上简化了电极的制备流程，制备方法简单有效，具备有利于实现规模化生产的特点。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实施的：

一种固体氧化物燃料电池电化学极化原位制备阳极的方法，具体包括以下步骤：

（1）将阳极粉体与粘结剂按一定质量比放入玛瑙研钵，充分研磨混合均匀，得到阳极浆料；

（2）将阳极浆料涂覆在电解质基底上，放入烘箱，在一定温度下烘烤一定时间得到电池片；

（3）将电池在一定工作温度下和气氛中，施加一定电流，进行电化学极化，一定时间后原位生成阳极与电解质界面；

步骤（1）中，所述阳极粉体为NiO，或NiO与8mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（YSZ）混合物（Ni-YSZ），或NiO与Gd_0.1Ce_0.9O_1.95（GDC10）混合物（Ni-GDC10），或NiO与Gd_0.2Ce_0.8O_1.9（GDC20）混合物（Ni-GDC20）。

步骤（1）中，所述阳极粉体为混合物时，NiO与8mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂、NiO与Gd_0.1Ce_0.9O_1.95、NiO与Gd_0.2Ce_0.8O_1.9中任意一种的质量比为（4-9）：（6-1）。

步骤（1）中，所述粘结剂为松油醇或乙基纤维素与松油醇的混合物，其中乙基纤维素占混合物质量比为0.1~10%。