[发明专利]一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法，涉及燃料电池技术领域。该高性能固体氧化物电解池，包括包括自下而上的双极板、不锈钢基板、氢电极、电解质薄膜、浆糊层和蜂窝状活性氧电极。本发明的制备方法采用冷冻法，能够实现对电极孔径和孔密度的控制，孔隙率最高能够达到75%，且易形成弯曲度小的直孔，使得电解产生的氧气更易释放使得能够参与反应的活性位点增多。采用多孔氧化铈基浆糊层来粘接氧电极和电解质，能够有效改善界面间的接触，提高电解池的电解性能。以金属基底为支撑体，电极、电解质厚度相应地减小，电解池整体电阻减小，与高孔隙率、低电阻的蜂窝状氧电极相结合，可以有效提高电解池的性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法。

背景技术

（1）传统的固体氧化物电解池以La1-xSrxMnO3（LSM）为阳极，工作温度一般在800℃以上，较高的温度不仅导致其制造难度高，而且还极大限制了材料的选择范围。因此，目前工作在600℃附近的中温固体氧化物电解池发展前景更为广阔。

（2）在中温情况下，由于温度的下降，电解质、氧电极和氢电极的性能均有所降低，而氧电极由于反应活化能较大导致受温度降低影响更明显，因此开发高性能氧电极使得其对电解池性能的提高更为重要。

传统的氧电极常常采用高温烧结的方式，直接制备到半电池上，而且为保证电极与电解质之间的结合良好需要1000℃以上的高温。因而使得阳极孔结构单一、孔隙率较低、三相界面较短和活化反应位点少等问题。因此，开发新型的高性能氧电极是制备高性能固体氧化物电解池的关键。

综上所述，亟需提供一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能固体氧化物电解池及其制备方法，采用冷冻法制造的多孔活性氧电极，实现了可控的电极孔径大小和孔隙率，采用不锈钢基板与蜂窝状活性氧电极，提高电解池的电解性能。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本发明提供了一种高性能固体氧化物电解池，包括自下而上的双极板、不锈钢基板、氢电极、电解质薄膜、浆糊层和蜂窝状活性氧电极。

进一步地，所述双极板为铁素体不锈钢双极板，和/或，不锈钢基板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%。

进一步地，电解质薄膜为氧化铈基电解质薄膜，和/或，浆糊层为氧化铈基浆糊层，所述氧化铈基的组成成分为C_e0.9Gd_0.1O_1.95和Co₃O₄，其中C_e0.9Gd_0.1O_1.95占98%，Co₃O₄占2%，以摩尔分数计量。

进一步地，所述高性能固体氧化物电解池，包括以下至少一种方式：

方式一：所述双极板上有供气体流通的流道；

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

进一步地，所述氢电极为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。