[发明专利]一种平管式固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种平管式固体氧化物燃料电池及其制备方法，解决了传统平管型固体氧化物燃料电池在电解质层的烧结过程中，产生的支撑体侧边用于密封的电解质层不易致密，密封性减弱，易泄露燃料以及无法通过机械加工来实现支撑体的侧边宽度统一，最终造成后期集成电堆后密封困难、良品率较低等问题；本发明通过添加第二次机械加工、调整各功能层的制备顺序、改变侧边密封的密封结构与材料、降低密封层的烧结温度等方法，有效解决；了原有的制备工艺的问题，使其在高温烧结以后侧边还能通过机加工控制其宽度尺寸和侧边平面度，且侧边密封效果优良，具有操作简单、通用性好、产品良品率和安全性高、易于标准化、规模化生产等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种平管式固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(以下简称SOFC)是一种具有高效率、无污染、全固态结构的发电装置，能适应多种燃料气体，且不需要额外的重整装置。SOFC主要由支撑体、阳极层、电解质层、阻隔层、阴极层等几部分组成，其中阳极层、电解质层、阻隔层、阴极层等统称为功能层。SOFC按结构大致可分为管式、板式和平管式三种，其中平管式SOFC是平板式和管式SOFC的结合，常见结构为在阳极支撑层中设置中空孔洞，该中空孔洞在阳极支撑层的侧面设有开口端。

专利CN201510104627.6公布了一种具有对称结构的平管型固体氧化物燃料电池，该电池在支撑体上表面和下表面均依次分布阳极层、电解质层、阻隔层、阴极层，是以支撑体为中心的对称结构。其制备过程为：制备阳极层，阳极层包括第一阳极层和第二阳极层，第一阳极层位于支撑体上表面，第二阳极层位于支撑体下表面，第一阳极层与第二阳极层不相连，低温烧结后制备电解质层；电解质层包括第一电解质层和第二电解质层，第一电解质层位于第一阳极层表面，第二电解质层位于第二阳极层表面，支撑体侧边制备电解质层，两侧电解质层将第一电解质层与第二电解质层相连，高温烧结后形成致密电解质，使多孔支撑体内部燃料不泄露；制备阻隔层，第一阻隔层位于第一电解质层表面，第二阻隔层位于第二电解质层表面，第一阻隔层与第二阻隔层不相连，高温烧结后制备阴极层；第一阴极层位于第一阻隔层表面，第二阴极层位于第二阻隔层表面，第一阴极层与第二阴极层不相连，高温烧结即为全电池。

专利CN201180006685.5公布了一种具有非对称结构的平管型固体氧化物燃料电池，该电池在支撑体上表面依次分布阳极层、电解质层、阻隔层、阴极层，下表面为阳极集流层和分布在阳极集流层四周的电解质层。其制备过程为：制备阳极层和阳极集流层，阳极层位于支撑体上表面，阳极集流层位于支撑体下表面，低温烧结后制备电解质层；电解质层包括第一电解质层和第二电解质层，第一电解质层位于阳极层表面，第二电解质层位于阳极集流层四周表面；支撑体侧面制备电解质层，两侧电解质层将第一电解质层与第二电解质层相连，高温烧结后形成致密电解质，使多孔支撑体内部燃料不泄露；制备的阻隔层位于第一电解质层表面，高温烧结后，在阻隔层表面制备阴极层，再次高温烧结即为全电池。

专利CN201510104627.6与专利CN201180006685.5分别公布了具有两种不同结构的平管型固体氧化物燃料电池，但两种结构中的支撑体侧边的密封通都过覆盖电解质且与上下表面电解质层相连来实现，材料均为氧化钇稳定氧化锆。当侧边电解质与上下表面电解质共同进行高温烧结时，会出现以下问题：

电解质材料氧化钇稳定氧化锆需要在不小于1320℃的环境中烧结，烧结过程中由于温度较高且支撑体各部分收缩率不一致，导致支撑体易产生变形，现有工艺也无法控制支撑体侧边的形变量，使得支撑体侧边用于密封的电解质层不易致密，密封性减弱，易泄露燃料。

通常支撑体侧边用于密封的电解质厚度为5-15um，支撑体在后续的功能层，特别是电解质层的高温烧结后，不同的支撑体形变后的宽度之差或侧边形变量的差值往往大于侧边电解质层的厚度，导致无法通过机械加工来实现SOFC支撑体的侧边宽度统一，最终造成后期集成电堆后密封困难、良品率较低等问题。

发明内容