[发明专利]一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能固体氧化物电解池，其特征在于，包括自下而上的双极板（1）、不锈钢基板（2）、氢电极（3）、电解质薄膜（4）、浆糊层（5）和蜂窝状活性氧电极（6）。

2.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，所述双极板（1）为铁素体不锈钢双极板，和/或，不锈钢基板（2）为铁素体不锈钢基板，所述铁素体不锈钢为钛/铌稳定，含Cr量为17.5-18.5%。

3.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，电解质薄膜（4）为氧化铈基电解质薄膜，和/或，浆糊层（5）为氧化铈基浆糊层，所述氧化铈基的组成成分为Ce_0.9Gd_0.1O_1.95和Co₃O₄，其中Ce_0.9Gd_0.1O_1.95占98%，Co₃O₄占2%，以摩尔分数计量。

4.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，包括以下至少一种方式：

方式一：所述双极板（1）上有供气体流通的流道；

方式二：所述不锈钢基板（2）上涂有导电子的La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃活性氧化物涂层。

5.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，所述氢电极（3）为NiO与Ce_0.9Gd_0.1O_1.95制成的复合电极，其中NiO粉末占50%，Ce_0.9Gd_0.1O_1.95粉末占50%，以体积分数计量。

6.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，所述蜂窝状活性氧电极（6）为Y_0.08Zr_0.92O₂蜂窝状支架与La_0.6Sr_0.4CoO₃活性纳米涂层组成的复合电极，其中La_0.6Sr_0.4CoO₃占27%，Y_0.08Zr_0.92O₂占73%，以质量分数计量。

7.根据权利要求1所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，所述不锈钢基板（2）中心为多孔区域，边缘为无孔区域，所述双极板（1）与所述不锈钢基板（2）的无孔区域粘接。

8.根据权利要求7所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，多孔区域的孔贯穿不锈钢基板（2）两侧，孔径大小为50-250μm，孔面积与不锈钢基板（2）面积之比为40-65%。

9.根据权利要求1-8任一项所述的高性能固体氧化物电解池，其特征在于，不锈钢基板（2）厚度为50-250μm，氢电极（3）厚度为10-25μm，孔隙率为30-60%；电解质薄膜（4）厚度为10-20μm，致密度≥95%；浆糊层（5）厚度为0.2-1μm，孔隙率5-20%；蜂窝状活性氧电极（6）厚度为50-250μm，孔隙率50-75%。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的高性能固体氧化物电解池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

对不锈钢基板原材采用光学加工，得到多孔的不锈钢基板（2）；将氢电极浆料涂覆在不锈钢基板（2）上，在750-1050℃温度下进行高温烧结，形成带多孔结构的氢电极（3）；

将电解质涂覆在氢电极（3）层上，并在中性氛围下950℃进行高温烧结，以形成足够致密的电解质薄膜（4），同时防止不锈钢基板（2）被过度氧化；

配置蜂窝状支架浆料，将浆料倒入模具中，放置在冷源上使其底部为冷源，顶部为大气环境形成温度梯度，冷冻20-40min；在真空箱内干燥18-30h，然后在1200-1600℃下高温烧结形成电极支架；冰晶沿温度梯度方向生长，从而形成孔隙；较大的温度梯度使得材料中冰晶的生长速率不同，温度越低孔隙越小越多，底部低温处为致密层，顶部为形似蜂窝状的孔隙结构；

通过浆糊层（5）将电极支架与电解质薄膜（4）粘接，在750-1050℃下高温烧结；

配置活性层溶液，将活性层溶液纳米注射到蜂窝状电极支架中，待活性层溶液沉积在通道内表面，在30-40℃下干燥4-8h；最后，在750-1050℃下高温烧结使活性层加载到蜂窝状电极支架上；重复这个步骤直到达到质量分数要求，得到高性能固体氧化物电解池。