[发明专利]一种空心纤维造孔剂及其在燃料电池中的应用

权利要求书

1.一种燃料电池阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、制备阳极初始粉：将含镍的金属氧化物粉体在600℃预烧2h，然后与8%mol的YSZ电解质粉体混合研磨2h，即获得阳极初始粉，其中含镍的金属氧化物和YSZ的质量比为1：1；所述含镍的金属氧化物为NiO或Ni₂O₃其中之一或二者的混合物；

S2、制备PAN-PVP同轴空心纤维：

取PAN、PVP溶解于溶剂中，35-90℃下搅拌12h，搅拌速度为90rmin^-1形成均匀的PAN-PVP混合溶液；

在高压静电纺丝机上操作，采用普通医用注射器制作同轴喷丝头，内针孔直径为0.7mm，外针孔直径为1.6mm，内针孔放置甲基硅油，外针孔放置PAN-PVP混合溶液，纺丝进样器推进速率2-4 μms^-1 ，收集滚筒与纺丝喷头之间距离10-15 cm，电压20-22 kV；滚筒收集器由铝片和铜丝制成，12-20V直流电压条件下以25-50rmin^-1 的速度带动滚筒转动收集PAN-PVP同轴空心纤维；

S3、将阳极初始粉和PAN-PVP同轴空心纤维混合：当滚筒收集器上布满一薄层PAN-PVP同轴空心纤维时，将S1制备的阳极初始粉快速均匀的撒落在纤维表面上，由于刚制备的PAN-PVP同轴空心纤维表面具有粘性，因此阳极初始粉能够附着到纤维上，然后在表面撒满阳极初始粉的纤维混合物上继续收集PAN-PVP同轴空心纤维，当粘附有粉体的纤维层被新接收的纤维完全覆盖后，再将阳极初始粉快速均匀地洒到第二层PAN-PVP同轴空心纤维的表面上，反复操作多次得到阳极初始粉与PAN-PVP同轴空心纤维的混合物，所述PAN-PVP同轴空心纤维占所述混合物总质量的 2-10wt%；

S4、制备燃料电池阳极：将S3获得的阳极初始粉与PAN-PVP同轴空心纤维的混合物放入钢制的模具中，在50~500MPa 的压强条件下压成燃料电池阳极坯体，厚度为0.1-1mm，然后将阳极坯体在1000℃烧结2h即可获得燃料电池阳极。

2.根据权利要求1所述燃料电池阳极的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括：二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、去离子水、聚乙二醇、乙二醇其中之一。

3.根据权利要求2所述燃料电池阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤S2为：

取1gPAN、1gPVP溶解于20ml二甲基甲酰胺中，45℃下搅拌12h，搅拌速度为90rmin^-1形成均匀的PAN-PVP混合溶液；

在高压静电纺丝机上操作，采用普通医用注射器制作同轴喷丝头，内针孔直径为0.7mm，外针孔直径为1.6mm，内针孔放置甲基硅油，外针孔放置PAN-PVP混合溶液，纺丝进样器推进速率2 μms^-1 ，收集滚筒与纺丝喷头之间距离15 cm，电压20 kV；滚筒收集器由铝片和铜丝制成，12V直流电压条件下以40rmin^-1 的速度带动滚筒转动收集PAN-PVP同轴空心纤维。

4.权利要求1所述燃料电池阳极的制备方法制备的燃料电池阳极在燃料电池上的应用，其特征在于，用于制备一侧涂覆有固态电解质的燃料电池阳极，其方法为：首先制备电解质浆料，然后采用浆料旋涂法，将一滴电解质浆料置于所述燃料电池阳极一侧外表面中心，匀胶机的转速为6000r min^-1，运转时间设为60s，通过匀胶机带动燃料电池阳极高速旋转产生的离心力使电解质浆料均匀的涂覆在燃料电池阳极一侧外表面，然后将附着一层电解质浆料的燃料电池阳极在400℃条件下烘干，烘干后在形成的第一层电解质薄膜上继续旋涂第二层、第三层，每一层都要在400℃的条件下烘干，最后将共有三层电解质薄膜的燃料电池阳极在1400℃烧结4h，获得一侧涂覆有固态电解质的燃料电池阳极。

5.根据权利要求4所述燃料电池阳极在燃料电池上的应用，其特征在于，所述电解质浆料的制备方法为：将电解质粉体放入研钵中研磨大约30min，然后加入粘结剂继续研磨，直至二者混合均匀，获得电解质浆料，其中电解质粉体占电解质浆料总质量的30wt%，粘结剂是由乙基纤维素和松油醇制成，其中乙基纤维素占粘结剂总质量的5wt%，在加热的条件下使乙基纤维素不断的溶于松油醇，直至二者混合均匀。