[发明专利]一端自密封竹节管式固体氧化物燃料电池/电解池及其电池/电解池堆的制备方法

说明书

本发明提供一种一端自密封竹节管式固体氧化物燃料电池/电解池及其电池/电解池堆的制备方法，该制备方法中，使用在氢气环境下具有不同性质的陶瓷粉末作为制备支撑体的原材料，获得具有封闭端的管状金属陶瓷支撑体坯体，然后在支撑体坯体的环形管壁表面制备绝缘层，并在绝缘层表面制备多个串联的单电池，实现了在金属陶瓷圆管状支撑体表面制备多个单电池结构。本发明采用丝网印刷技术有效提高了多个单电池串联结构在支撑体上的成膜速度，有效提高制备效率，简化制备方法，节约制备成本，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。

技术领域

本发明涉及能源结构优化与固体氧化物燃料电池领域，特别是涉及一端自密封竹节管式固体氧化物燃料电池/电解池及其电池/电解池堆的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)在节能减排方面具有巨大的潜力，它能将储存在燃料和氧气中的化学能高效、环保地直接转化为电能，没有卡诺循环的限制，其发电效率可达55％以上。若将SOFC与其他系统联合循环，发电效率可提升至90％。因此，发展SOFC技术具有巨大的节能减排潜力。

传统的SOFC单电池由阳极，电解质，阴极组成，根据支撑部分，管状固体氧化物燃料电池可分为功能层自支撑结构和支撑体支撑结构。功能层自支撑结构包括阳极支撑式SOFC，阴极支撑式SOFC，电解质支撑管式SOFC，分别通过将其中一个组件加厚(约1mm)而提供支撑，由于广泛使用昂贵的电极和电解质材料作为支撑体，因此，自支撑结构固体氧化物燃料电池的成本非常高。此外，自支撑的管状SOFC通常只能在单个管中设置一个电池，因此，体积功率密度和电压较低。

发明内容

为解决上述相关技术中存在的技术问题，本申请提供一种一端自密封竹节管式固体氧化物燃料电池/电解池及其电池/电解池堆的制备方法，该制备方法能够有效提高管式固体氧化物燃料电池/电解池及其电池/电解池堆的制备效率，简化制备方法，节约制备成本，有利于固体氧化物燃料电池的商业化推广。具体内容如下：

第一方面，本发明提供一种一端自密封竹节管式固体氧化物燃料电池/电解池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、利用支撑体粉末通过挤出成型装置制备出一端封闭一端开口的管状支撑体坯体；其中，所述管状支撑体坯体分为A区域、B区域和C区域，所述A区域对应所述管状支撑体坯体的封闭端，所述B区域对应所述管状支撑体坯体的中间区域，所述C区域对应所述管状支撑体坯体的开口端，所述支撑体粉末由不同种类的陶瓷粉末、粘结剂和造孔剂组成；

S2、在所述B区域的环形管壁表面印刷绝缘层浆料，并干燥、固化，形成绝缘层；

S3、在所述绝缘层表面沿所述管状撑体坯体轴线方向间隔印刷环状阳极汇流层浆料，并干燥、固化，形成多个环状阳极汇流层；

S4、在每一个所述环状阳极汇流层表面印刷阳极浆料，并干燥、固化，形成多个环状阳极层；

S5、在每一个所述环状阳极层表面印刷电解质浆料，并干燥、固化，形成多个环状电解质层；其中，每一个所述环状电解质层的一端覆盖对应的一个所述部分环状阳极层，另一端与部分绝缘层接触；每一个所述环状阳极汇流层与对应的一个所述环状阳极层和对应的一个所述环状电解质层形成多个单电池中间体；

S6、在所述A区域以及在多个所述单电池中间体的环状间隔处印刷连接体浆料，并干燥、固化，形成具有多个连接体的第一电池坯体中间体；其中，所述A区域的连接体覆盖所述封闭端，并部分覆盖与其相邻的所述单电池中间体的环状电解质层，所述B区域的连接体的一端与相邻的一个所述单电池中间体的环状阳极层和环状电解质接触，另一端部分覆盖另一个相邻的所述单电池中间体的环状电解质层；

S7、对所述第一电池坯体中间体进行一次预烧与一次焙烧，得到第二电池坯体中间体；