[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电极及其制备方法和基于其的固体氧化物燃料电池

摘要

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池电极及其制备方法和基于其的固体氧化物燃料电池，其包括设于电解质层上、具有多孔结构的电极本体，特别是：在所述具有多孔结构的电极本体上还形成有多个气体通道，该气体通道具有第一延伸方向，且在该第一延伸方向上形成相对的第一端和第二端，第一端和第二端中的至少一个开口以将气体通道与外界连通。通过这些气体通道可以调控优化气体在电极内部的扩散，进而有效缓解或避免固体氧化物燃料电池实际工作过程中普遍存在的反应位置分布不均及由此导致的温度场分布不均等问题；此外，气体通道的设置还有利于阳极处（氧离子导体固体氧化物燃料电池）或阴极处（质子导体固体氧化物燃料电池）生成水的及时排出。

主权项

1.一种固体氧化物燃料电池电极，其包括设于电解质层上、具有多孔结构的电极本体，其特征在于：在所述具有多孔结构的电极本体上还形成有多个气体通道，所述气体通道具有第一延伸方向，且在该第一延伸方向上形成相对的第一端和第二端，所述第一端和第二端中的至少一个开口；所述气体通道在所述第一延伸方向上的横截面的宽度在0.1~100微米之间；所述电极本体通过先利用3D打印机打印出电极前体，然后进行烧结得到；所述电极的制备具体包括如下步骤：（1）根据要制备的电池电极的组分，来配制相应的电极浆料；（2）根据要制备的电极的结构制定打印程序，并输入到3D打印机中；（3）设置3D打印机打印的参数：包括温度为30~70℃、打印层数为15~25层，打印时间间隔为10‑60分钟；（4）按照设定的打印程序和参数，以包含电解质层的材料作为打印基体，放入相应的电极浆料，进行3D打印，得到电极前体；（5）将打印得到的电极前体进行烧结处理，即得所述固体氧化物燃料电池电极；其中步骤（1）实施如下：将电极粉体和造孔剂置于球磨罐中，加入乙基纤维素的松油醇溶液作为粘合剂进行球磨处理即得所述电极浆料，所述造孔剂为淀粉、玉米粉、纳米碳材料中的一种或多种的组合、其添加质量为电极粉体质量的0.01%~40%；所述的乙基纤维素的松油醇溶液中乙基纤维素的质量含量为3%~6%，所述乙基纤维素的松油醇溶液的加入量为所述电极粉体和造孔剂总质量的0.5~3倍；所述的球磨的方法如下：先在200‑350 转/分钟下球磨5‑180分钟使材料混合均匀，然后将转速提升至500‑900转/分钟下球磨10‑720 分钟以降低球磨罐中粉体的颗粒度，最后在200‑350 转/分钟下球磨5‑180分钟，即得电极浆料；通过控制步骤（1）所制备的电极浆料的粘稠度来控制每次打印的厚度，且控制每次打印的厚度为0.5~1微米。