[发明专利]固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法及固体氧化物燃料电池

说明书

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法及固体氧化物燃料电池，涉及固体氧化物燃料电池技术领域，所述固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法，采用低熔点电解质材料和高熔点电解质材料共同制备复合电解质层，其中，所述低熔点电解质材料的熔点低于1000℃，所述高熔点电解质材料的熔点高于2300℃。本发明提供的固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法通过采用低熔点电解质材料和高熔点电解质材料共同制备复合电解质层，使得制备得到的复合电解质层致密度高、电导率高，稳定性好，能够有效降低电池内阻，提高功率输出。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其是涉及一种固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法及固体氧化物燃料电池。

背景技术

在利用等离子喷涂技术制备SOFC(固体氧化物燃料电池)电解质层的工艺中，低压等离子喷涂方法制备的电解质层致密度、电导率高，但工艺流程复杂，生产成本高。采用大气等离子喷涂电解质层可以避免制备过程中的抽真空流程，加快制备速度，降低成本；但由于工作条件所限，大气等离子喷涂中颗粒温度难以达到以锆基电解质为代表的高熔点电解质的熔点，使得不可避免的电解质层中存在大量裂纹和孔隙。虽然采用浸渍锆的硝酸盐溶液或氧化锆纳米颗粒悬浮液虽然可以降低孔隙率，提升开路电压，但仍然无法消除电解质层中大量的接触电阻。

有鉴于此，特提出发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种固体氧化物燃料电池复合电解质制备方法，以缓解了现有锆基电解质通过等离子喷涂制备的电解质层存在大量裂纹和孔隙，通过浸渍锆的硝酸盐溶液或氧化锆纳米颗粒仍无法消除电解质层中大量接触电阻的技术问题。

本发明提供的固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法，采用低熔点电解质层材料和高熔点电解质材料共同制备复合电解质层，其中，所述低熔点电解质材料的熔点低于1000℃，所述高熔点电解质材料的熔点高于2300℃。

进一步的，所述固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法包括如下步骤：

先将支撑体预热至400-1000℃，然后将掺杂有低熔点电解质材料的高熔点电解质材料以近熔融形态喷涂在支撑体上，形成复合电解质层。

进一步的，掺杂有低熔点电解质材料的高熔点电解质材料中，低熔点电解质材料的体积占比为5-15％；

优选地，将所述复合电解质层升温至低熔点电解质材料熔点50℃以上，保温至少2h；

优选地，所述复合电解质层的厚度为30-200μm。

进一步的，所述固体氧化物燃料电池复合电解质层制备方法包括如下步骤：

(a)将高熔点电解质材料以近熔融形态喷涂在支撑体上，形成半致密电解质层；

(b)将低熔点电解质材料导入半致密电解质层的孔隙中，得到复合电解质层。

进一步的，在步骤(b)中，先将低熔点电解质材料溶解于溶剂中得到低熔点电解质材料的悬浮液，然后采用低熔点电解质材料的悬浮液对半致密电解质层进行浸渍，浸渍结束后，去除溶剂，并升温使低熔点电解质材料充分熔化并浸润半致密电解质层的孔隙，得到复合电解质层。

进一步的，浸渍次数为1-10次；

优选地，采用热处理的方式去除溶剂，热处理的温度为100-500℃；

优选地，升温使低熔点电解质材料充分熔化并浸润半致密电解质层孔隙的温度为低熔点电解质材料熔点的50℃以上，时间为至少2h。

进一步的，在步骤(b)中，先将低熔点电解质材料平铺于半致密电解质层上，然后将半致密电解质层加热，使得低熔点电解质材料充分熔化并浸润半致密电解质层的孔隙，得到复合电解质层；