專利名稱：一種制備硫-氧固體氧化物燃料電池電池片的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池領域，具體涉及一種制備硫-氧固體氧化物燃料 電池電池片的方法。
背景技術：
在固體氧化物燃料電池中，電解質(zhì)基片是重要的構(gòu)件，其主要功能是傳導氧離子。 電池工作時，固體電解質(zhì)基片需要將供給燃料氣體和氧化氣體的兩氣體室嚴格分隔開，因 而固體電解質(zhì)基片必須具備良好的氣密性，要求其基片密度達到理論密度的95%以上。固體氧化物燃料電池通常采用YSZ (Y2O3穩(wěn)定的ZrO2, Y2O3的摩爾百分比為8% )粉 體或SDC(Sma2Cea8Ou)粉體為電解質(zhì)材料，電解質(zhì)基片通常采用壓片成型或流延成型的方 法，成型后一般都要通過1300-1500°C焙燒使電解質(zhì)基片達到致密化要求。專利ZL200510022638. 6和ZL200810022107. 0提出了以硫磺為原料，以三氧化 硫為電池產(chǎn)物的硫-氧固體氧化物燃料電池，該電池可作為硫酸工業(yè)化生產(chǎn)的合成器，實 現(xiàn)硫酸生產(chǎn)、化學發(fā)電和環(huán)境保護三位一體的結(jié)合。進一步采用創(chuàng)新性的生產(chǎn)工藝增強 硫-氧固體氧化物燃料電池電解質(zhì)基片的致密性，降低電池內(nèi)電阻，提高電池的電流密度 是完善硫_氧固體氧化物燃料電池性能的重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用在固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體材料中添加無水硫酸鈉粉體，混合 均勻后，采用壓片方式制備出電解質(zhì)基片，950-1050°C焙燒2h。所制備的電解質(zhì)基片結(jié)構(gòu)致 密，具備良好的氣密性，基片密度達到理論密度的95%以上。本發(fā)明的原理是利用硫酸鈉的 熔點為885°C，在950-1050°C焙燒過程中因熔融而在電解質(zhì)基片中均勻擴散，冷卻后將電 解質(zhì)基片中YSZ或SDC顆粒間隙全部填滿而使電解質(zhì)基片達到致密化要求。硫-氧固體氧 化物燃料電池工作溫度通常為600-800°C，低于硫酸鈉的熔點，因而電池工作時摻入的硫酸 鈉不會熔融。圖1是SDC粉體壓片后經(jīng)1400°C焙燒的斷層掃描電鏡照片，圖2是SDC粉體 按照質(zhì)量百分比添加25%無水硫酸鈉粉體后壓片后經(jīng)950°C焙燒的斷層掃描電鏡照片。二 者對比可以看出，圖2的微觀結(jié)構(gòu)比圖1的微觀結(jié)構(gòu)更加致密。本發(fā)明的實施方法是取YSZ粉體或SDC粉體為固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體 材料，按照電解質(zhì)粉體材料與無水硫酸鈉質(zhì)量之比為1 0. 15-0. 5在電解質(zhì)粉體材料中加 入無水硫酸鈉粉體，混合研磨2小時，壓片后一面涂覆Laa8Caa2CrO3陽極漿料，另一面涂覆 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803-s 陰極漿料，干燥后 950_1050°C焙燒 2h。Laa8Caa2CrO3陽極漿料制備步驟為按照Laa8Caa2CrO3化學計量比稱取La2O3、 CaCO3和Cr2O3研磨，壓片，經(jīng)1200°C焙燒后再研磨成粉，取360目篩下粉加入3% (質(zhì)量百 分比)的聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑，10% (質(zhì)量百分比)的乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨5 小時后，50 0C烘干，分散在松油醇中為Latl. 8Ca0.2Cr03陽極漿料。La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803_ s 陰極漿料制備步驟為按 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803_ s 的金屬元素化學計量比稱取 La(NO3)3 · 6H20、Sr (NO3) 2、Co(NO3)3 · 6H20 和 Fe(NO3)3 · 9H20，加適量水 溶解成混合溶液，按照總金屬離子的物質(zhì)的量的3倍分別加入檸檬酸和乙二醇，攪拌溶解， 用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH = 3 4，控溫80°C水浴加熱得到棕紅色的透明溶膠，繼續(xù)加熱至凝 膠，凝膠干燥后在馬弗爐中加熱到800°C并恒溫lh，冷卻后得到Laa6Sra4Coa2Fea8CVs粉 體。Laa6Sra4C0a2Fea8CVs粉體中加入3% (質(zhì)量百分比)的聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑， 10% (質(zhì)量百分比)的乙基纖維素為增孔劑，經(jīng)球磨5h后，50°C烘干，分散在松油醇中為 La0.6Sr0_ 4Co0.2Fe0.803— δ 陰極漿料。硫氧固體氧化物燃料電池的陰極通入空氣或氧氣，氧氣分壓為20_100kPa，流速 100-500cm3/min ；陽極通入硫蒸氣作為電池燃料，分壓為100_120kPa，流速70_200cm7min。 電池工作溫度為600-800°C，電池反應產(chǎn)物為三氧化硫氣體。本發(fā)明的有益效果在于(1)、固體氧化物燃料電池通常采用YSZ或SDC為電解質(zhì)材料，壓片成型后一般都 要經(jīng)過1300-1500°c焙燒才能使電解質(zhì)基片達到致密化要求。本發(fā)明在YSZ或SDC中添加 無水硫酸鈉粉體后，只需經(jīng)過950-1050°C焙燒就能使電解質(zhì)基片的致密度優(yōu)于YSZ或SDC 基片經(jīng)過1400°C所焙燒的致密度，降低了焙燒溫度。(2)、YSZ或SDC中添加無水硫酸鈉粉體所制備的電池片比未添加無水硫酸鈉粉體 所制備的電池片在同樣工作條件下，電池的電流密度增大1倍以上。(3)、由于La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.803_ s陰極材料耐熱性較差，通常在YSZ或SDC經(jīng)過 1400°C焙燒后，再涂覆Laa6Sra4Coa2Fea8CVs陰極漿料在1000-1200°C進行二次焙燒。本發(fā) 明中電池片焙燒溫度低于Latl. 6Sr04Co0.2Fe0.803_ δ分解溫度，可以將電池陽極漿料和陰極漿料 涂覆在電解質(zhì)基片上一次性焙燒成電池片，簡化了工序，節(jié)省了能源。


圖1. SDC粉體壓片后經(jīng)1400°C焙燒的斷層掃描電鏡照片。圖2. SDC粉體按照質(zhì)量百分比添加25%無水硫酸鈉粉體后壓片經(jīng)950°C焙燒的斷 層掃描電鏡照片。
具體實施例方式實施例1按照YSZ粉體與無水硫酸鈉質(zhì)量之比為1 0. 15稱取二種粉體，混合研磨3小時， 壓片后一面涂覆Laa8Caa2CrO3陽極漿料，另一面涂覆Laa6Sra4Coa2Fea8CVs陰極漿料，干燥 后1050°C焙燒2h。電池陽極通入S(g)，分壓為IOOkPa,流速70cm7min ；電池陰極通入空氣， 壓力為IOOkPa,氧氣分壓為21kPa，流速500cm7min ；電池工作溫度為800°C。電池輸出電 壓為0. 71V，電流密度為190mA/cm2。另取YSZ粉體不摻入無水硫酸鈉壓片，1400°C焙燒2h，冷卻后一面涂覆 Laa8Caa2CrO3陽極漿料，另一面涂覆Laa6Sra4Coa2Fea8CVs陰極漿料，干燥后1200°C焙燒 2h。電池工作條件完全同上述條件一致，測得電池的電流密度為97mA/cm2。實施例2按照SDC粉體與無水硫酸鈉質(zhì)量之比為1 0. 5稱取二種粉體，混合研磨3小時，壓片后一面涂覆Laa8Caa2CrO3陽極漿料，另一面涂覆Laa8Sra4Coa2Fea8CVs陰極漿料，干燥 后950°C焙燒2h。電池陽極通入S(g)，分壓為120kPa，流速200cm7min ；電池陰極通入氧氣， 壓力為IOOkPa,流速100cm7min ；電池工作溫度為600°C。電池輸出電壓為0. 68V，電流密 度為 255mA/cm2。 另取SDC粉體不摻入無水硫酸鈉壓片，1400°C焙燒2h，冷卻后一面涂覆 Laa8Caa2CrO3陽極漿料，另一面涂覆Laa6Sra4Coa2Fea8CVs陰極漿料，干燥后1200°C焙燒 2h。電池工作條件完全同上述條件一致，測得電池的電流密度為113mA/cm2。
權(quán)利要求
一種制備硫 氧固體氧化物燃料電池電池片的方法，其特征在于按照固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體材料與無水硫酸鈉質(zhì)量之比為1∶0.15 0.5在電解質(zhì)粉體材料中加入無水硫酸鈉粉體，混合研磨2小時，壓片后一面涂覆La0.8Ca0.2CrO3為電池陽極，另一面涂覆La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 δ為電池陰極，干燥后950 1050℃焙燒2h。
2.根據(jù)權(quán)利書要求1所述的制備方法，其特征在于固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體 材料指YSZ(Y2O3穩(wěn)定的ZrO2, Y2O3的摩爾百分比為8% )粉體或SDC(Sm0.2Ce0.80L9)粉體。
全文摘要
本發(fā)明是一種制備硫-氧固體氧化物燃料電池電池片的方法，其特征在于按照固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體材料與無水硫酸鈉質(zhì)量之比為1∶0.15-0.5在電解質(zhì)粉體材料中加入無水硫酸鈉粉體，混合研磨2小時，壓片后一面涂覆La0.8Ca0.2CrO3為電池陽極，另一面涂覆La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ為電池陰極，干燥后950-1050℃焙燒2h。本發(fā)明的優(yōu)異之處在于將電池片的焙燒溫度降低了400℃，電池的電流密度增大一倍以上。
文檔編號H01M8/10GK101916872SQ20101026465
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者儲向峰, 張艷雪, 朱偉長, 毛思萌, 許苗苗, 韓甲興 申請人:安徽工業(yè)大學