[发明专利]一种多层共流延方法制备的金属支撑单体

说明书

本发明提供了一种多层共流延方法制备的金属支撑单体，包括多孔金属支撑体、第一多孔电极层、电解质层、第二多孔电极层；电解质层设置有致密电解质层、疏松拦阻层；多孔金属支撑体设置有多孔金属板；多孔金属支撑体用于气体的传输通道，具有直通孔结构；共流延的工艺可以有效的提高各个层之间的界面结合能力；加压烧结可以保证电解质层的致密度的前提下降低单体的烧结温度，解决金属支撑体的高温氧化问题；电解质全面包覆在支撑体上可以抑制金属支撑体腐蚀，此外低温烧结处理使得金属支撑体表面形成氧化层也有利于其抗腐蚀能力。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种多层共流延方法制备的金属支撑单体。

背景技术

固体氧化物电池的商业化进程主要受限于其较高的操作温度，相应的材料选择局限性，循环稳定性，使用寿命等。因此，现今针对固体氧化物电池的研究主要趋向于中低温化。这就意味着传统稳定的电解质支撑的单体将不再适用中低的工作温度，由于较厚的电解质必须在高温800-1000℃下工作，否则其内部阻抗较高，影响电池性能输出。人们转而考虑电极支撑的单体，将电解质层做薄，降低内阻，但这种多孔电极支撑的单体，其机械强度差，循环稳定能力弱。因此，人们逐步开展金属支撑单体。CN102881930A采用流延共热压的方式制备金属支撑半电池，而后在丝印和浸渍的工艺形成金属支撑单体。该工艺成本较低，也适合批量化生产，但是浸渍法制备的电极材料，在长期运行后，会出现晶粒长大粗化的问题，造成电池性能的衰减，影响稳定性。“High performance solid oxide electrolysiscell with impregnated electrodes”以及“Metal-Supported Solid OxideElectrolysis Cell(MS-SOEC)With Significantly Enhanced Catalysis”的文中都也写到浸渍法制备的金属支撑电池应用于SOC领域，包括SOFC和SOEC。在高水分压下，金属的耐腐蚀性也是一个问题。此外，电极与电解质或者各层间的界面结合情况也是一大问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明第一方面，提供了一种多层共流延方法制备的金属支撑单体，包括多孔金属支撑体、第一多孔电极层、电解质层、第二多孔电极层；所述电解质层设置有致密电解质层、疏松拦阻层；所述多孔金属支撑体设置有多孔金属板，针对多孔金属体的打孔设计可根据需求进行孔径孔隙率等参数的调控，多孔层可通过调节造孔剂的种类、含量，调节多孔层的孔结构及孔隙率。

具体的，所述多孔金属支撑体用于气体的传输通道，具有直通孔结构；所述第一多孔电极层，用于电化学反应场所，具有匹配的孔隙率、三相界面量；所述致密电解质层用于隔绝阴阳极、传导离子，所述疏松拦阻层用于防止电解质层与两个电极层反应；所述第二多孔电极层，传输气体、电子。

具体的，所述多孔金属支撑体的热膨胀系数与所述第一多孔电极层、电解质层、第二多孔电极层的热膨胀系数相匹配。

具体的，所述多孔金属支撑体孔隙率设置成0.5-5％，材料设置成Fe-Cr合金材料，厚度设置成0.1-0.5mm。

具体的，所述第一多孔电极层孔隙率设置成10％-40％，材料设置成NiO-YSZ、NiO-SSZ、NiO-GDC材料，厚度设置成1-100微米。

具体的，所述电解质层设置成YSZ、SSZ、GDC、SDC材料，厚度设置成1-100微米。

具体的，所述拦阻层与所述致密电解质层材料匹配，厚度设置成1-100微米。

具体的，所述第二多孔电极层孔隙率设置成10-40％，材料设置成LSC、LSCF、LSM与YSZ、SSZ、GDC、SDC等混合而成，厚度设置成1-100微米。