[发明专利]一种基于金属离子电池材料的燃料电池及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于金属离子电池材料的燃料电池及其制作方法，所述燃料电池结构为紧密相连的阴极层、电解质层、阳极层；其中阴、阳极层为固体氧化物燃料电池的阴、阳极材料或金属离子电池的正极材料；电解质层为金属离子电池的固态电解质或者低导电性电极材料。制作步骤为：先制备阳极层，然后在阳极层上制备一层电解质层，再制备阴极层，将阴极层贴合电解质层，最后将阳极层、阴极层和电解质层压制在一起，即可得到本发明产品。本发明极大地拓宽了固体氧化物燃料电池电解质材料的选择范围，且材料获取容易、成分简单、价格低廉；电池制作简单、操作温度低、性能表现较好。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种基于金属离子电池材料的燃料电池及其制作方法。

背景技术

能源问题将是21世纪人类所面对的巨大挑战。固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能直接将化学能转化为电能的能量转化装置，并且无噪音污染、能量转化率高。传统的钇稳定氧化锆(YSZ)电解质组成的固体氧化物燃料电池由于电解质材料在较低温度下的电阻较高，一般要工作在950～1000℃。

SOFC主要发展方向是低温化和燃料多样化，降低燃电池的工作温度是燃料电池发展的必然趋势。降低燃料电池的工作温度，不仅有效的减短了电池的启动时间，也解决了材料因高温下热膨胀系数不匹配而导致的电池开裂等问题，并且极大的拓宽了燃料电池的材料选择范围，同时低温也解决了长期高温条件下而引起的材料性能变差的问题。在低温状态下，电解质的离子或质子传导性能降低和电极的催化活性降低，限制着燃料电池的性能。因此开发各种新型低温高离子或高质子导电性电解质材料和具有高催化性能的电极材料是促进低温固体氧化物燃料电池(LT-SOFC)高速发展的有效途径。在LT-SOFC电极材料的研究中，LiNi_xCo_1-x-yAl_yO₂、La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ等电极材料具有较好的性能和稳定性。在LT-SOFC电解质的研究中，主要从两个方面解决低温带来的性能衰减问题：一种是降低电解质的厚度，使得传统燃料电池的电解质(如YSZ)能够在低温下获得更好的性能；另一种是采用掺杂氧化铈(Ce_0.8Sm_0.2O_1.9、Ce_0.8Ga_0.2O_1.9、Ce_0.8Sm_0.05Ca_0.15O_1.825等)或者质子传导性电解质(TiO₂，LiAl_0.5Co_0.5O₂)替代传统电解质材料。

锂离子电池在高新技术领域的应用日渐广阔，已经商业化的锂离子电池材料众多，并且价格低廉。常见锂离子电池电解质LLZO、LLTO和低导电性电极材料LTO均具有不错的离子电导率。一些具有特殊结构的锂离子电池材料还具有一定的质子传导特性。将锂离子电池的低导电性材料用于LT-SOFC将极大的拓展电解质选择范围和降低燃料电池制造成本，同时能获得较好的低温性能。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种处理效果好的基于金属离子电池材料的燃料电池及其制作方法，该基于金属离子电池材料的燃料电池及其制作方法能有效的对含有化学成分的废气进行合理利用，并达到安全排放的标准。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于金属离子电池材料的燃料电池：所述的金属离子电池为锂离子电池或钠离子电池；

所述电池包括依次紧密接触的阴极层(1)、电解质层(2)、阳极层(3)，

所述的阴极层(1)材料为固体氧化物燃料电池SOFC的阴极催化剂或金属离子电池正极材料中的一种，或其与电解质层(2)材料的混合物；