一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：第一步：將復(fù)合硝酸鹽溶于蒸餾水中得到陰極材料溶液，然后加入造泡劑、造孔劑，經(jīng)攪拌溶解得到陰極混合離子溶液；第二步：將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)層的半電池片放置于溫度為150～400℃的加熱臺(tái)上，然后將陰極混合離子溶液噴涂到電解質(zhì)層表面制得陰極涂層；第三步：將帶有陰極涂層的電池片放置到電爐中，在700℃～1000℃的條件下鍛燒2～5小時(shí)，制得燃料電池陰極。本發(fā)明將陰極粉體制備和陰極漿料制備過(guò)程合二為一，采用直接將陰極材料溶液噴涂到電解質(zhì)上面，可以有效的省去陰極粉體的制備過(guò)程，燒結(jié)溫度比較低，達(dá)到節(jié)能減排的目的，因此具有廣闊的市場(chǎng)空間。
【專利說(shuō)明】一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種固體氧化物燃料電池陰極的制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，能源的消耗，資源的枯竭，人類迫切需要尋求一種高效的電能生 產(chǎn)方法，固體氧化物燃料電池具有環(huán)保、高效等特點(diǎn)，可以以各種碳?xì)浠衔镒鳛槿剂习l(fā) 電，是未來(lái)理想的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備。目前固體氧化物燃料電池主要有陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)材 料構(gòu)成，陽(yáng)極為氧化鎳和電解質(zhì)（YSZ/GDC/SDC)的復(fù)合材料構(gòu)成，電解質(zhì)材料為氧化釔摻 雜氧化鋯（YSZ)氧化鈧摻雜氧化鈰（SDC)氧化鎵摻雜氧化鈰（GDC)材料構(gòu)成。陰極多為 Lai_xSrxMn03、Lai_ x SrxC〇Q.8FeQ.20 3_6、Β&1_χ5ι·χ(： 〇(ι.8Ρθα203_6 材料。傳統(tǒng)固體氧化物燃料電池 的電池制備方法是將陽(yáng)極材料與電解質(zhì)涂層在1400°C左右燒結(jié)制備陽(yáng)極支撐型半電池， 然后將陰極漿料通過(guò)噴涂、刷涂、印刷等方法負(fù)載到半電池上，然后通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制備全電 池。傳統(tǒng)的陰極材料制備包括兩個(gè)步驟，如附圖1所示：陰極粉體的制備和陰極涂層的制 備：（1)陰極粉體制備一般采用噴霧裂解、溶膠凝膠法、固相法將陰極材料的無(wú)機(jī)鹽溶液進(jìn) 行沉淀、在800°C以上進(jìn)行燒結(jié)制備陰極粉體；（2)陰極涂層的制備為將陰極粉體與粘結(jié) 齊U、溶劑混合制備成混合漿料，然后采用絲網(wǎng)印刷，或者噴涂的方法負(fù)載到電解質(zhì)上，然后 通過(guò)1200?1400°C燒結(jié)制備陰極涂層。兩個(gè)過(guò)程都要對(duì)材料進(jìn)行800°C?1300°C的高溫 燒結(jié)，因此這兩個(gè)過(guò)程都耗能、污染環(huán)境，不適合國(guó)家節(jié)能減排和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本較低、節(jié)能環(huán)保的固體氧化物燃料電 池陰極的制備方法。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法， 其特征在于包括以下步驟： 第一步：將復(fù)合硝酸鹽溶于蒸餾水中得到陰極材料溶液，然后加入造泡劑、造孔劑，經(jīng) 攪拌溶解得到陰極混合離子溶液； 第二步：將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)層的半電池片放置于溫度為150?400°C的加熱臺(tái)上，然后 將陰極混合離子溶液噴涂到電解質(zhì)層表面制得陰極涂層； 第三步：將帶有陰極涂層的電池片放置到電爐中，在700?1000°C的條件下鍛燒2?5 小時(shí)，制得燃料電池陰極。
[0005] 所述陽(yáng)極支撐電解質(zhì)層的半電池片的陽(yáng)極為氧化鎳與電解質(zhì)混合燒結(jié)的陶瓷材 料，所述電解質(zhì)為YSZ或⑶C或SDC材料中的一種或二種。
[0006] 上述復(fù)合硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈷、硝酸錳、硝酸鐵、硝酸鋇中三種以上的混合物。
[0007] 上述陰極材料溶液的摩爾濃度為1?lOmolL'
[0008] 上述造泡劑為碳酸氫氨、三乙醇胺、尿素中的一種。
[0009] 上述造泡劑的用量為復(fù)合硝酸鹽重量的0. 5?5%。
[0010] 上述造孔劑為石墨、PMMA中的一種。
[0011] 上述造孔劑的粒徑為〇. 1?l〇Mm,用量為復(fù)合硝酸鹽重量的1?20%。
[0012] 上述陰極涂層的厚度為15?35Mm。
[0013] 本發(fā)明通過(guò)直接將硝酸鹽噴涂到S0FC電池電解質(zhì)表層，可以利用高溫溶劑在 100?300°C快速揮發(fā)，直接析出陰極材料粉體，并且隨著溶劑揮發(fā)，形成陰極涂層多孔結(jié) 構(gòu)，該電極在700?KKKTC高溫進(jìn)行一步燒結(jié)，同樣可以制備具有多孔結(jié)構(gòu)的高效陰極材 料。該設(shè)計(jì)先進(jìn)之處在于陰極溶液在100?300°C會(huì)強(qiáng)烈揮發(fā)，產(chǎn)生多孔的陰極氣泡，同時(shí) 起到造孔的作用。將陰極粉體制備和陰極漿料制備過(guò)程合二為一，可以有效的省去陰極粉 體的制備過(guò)程，燒結(jié)溫度比較低，達(dá)到節(jié)能減排的目的，有效的解決了目前常用中溫固體氧 化物燃料電池陰涂層結(jié)構(gòu)制備復(fù)雜，與電解質(zhì)脫落，需在高溫下反應(yīng)等問(wèn)題，因此具有廣闊 的市場(chǎng)前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為目前陰極材料制備的工藝流程圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明陰極材料制備的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 實(shí)施例1 : 一、 依照化學(xué)式Laa8SrQ.2Mn03，按化學(xué)計(jì)量比配制La(N0 3)3、Sr(N03)2、Μη(Ν03) 2的混合 溶液，然后加入硝酸鹽質(zhì)量比為1%的碳酸氫氨造泡劑，加入硝酸鹽質(zhì)量比為10%、粒徑為 8Mffl的PMMA造孔劑，溶液超聲攪拌均勻，配置金屬離子混合溶液，硝酸鹽溶液的金屬離子總 濃度為1 molL-1 ; 二、 將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)Ni〇-YSZ/YSZ的半電池片，按照陽(yáng)極朝下，電解質(zhì)朝上的方式放 置與加熱臺(tái)上，對(duì)半電池加熱，加熱溫度為200°C。采用氣動(dòng)噴槍，將陰極混合離子溶液噴 涂到半電池上。噴涂陰極涂層的厚度為20Mm，停止噴涂，將加熱臺(tái)調(diào)到800°C，對(duì)陰極涂層 進(jìn)行固化，制備得到Ni〇-YSZ/LSM固體氧化物燃料電池。
[0017] 實(shí)施例2: 一、 依照化學(xué)式 LawSi^Cc^Fe?！?3，按化學(xué)計(jì)量比配制 La(N03)3、Sr(N03)2、Co(N0 3)2、 Fe(N03)2的混合溶液，然后加入硝酸鹽質(zhì)量比為2%的尿素作為造泡劑，加入硝酸鹽質(zhì)量比 為5%、粒徑為5Mm的石墨作為造孔劑，溶液超聲攪拌均勻，配置金屬離子混合溶液，溶液的 金屬離子總濃度為3mol I/1 ; 二、 將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)Ni〇-YSZ/YSZ/⑶C的半電池片，按照陽(yáng)極朝下，電解質(zhì)朝上的方 式放置與加熱臺(tái)上，對(duì)半電池加熱，加熱溫度為300°C。采用氣動(dòng)噴槍，將陰極混合離子溶 液噴涂到半電池上。噴涂陰極涂層的厚度為30Mm，停止噴涂，將加熱臺(tái)調(diào)到900°C，對(duì)陰極 涂層進(jìn)行固化，制備得到Ni〇-YSZ/ YSZ /⑶C/LSCF固體氧化物燃料電池。
[0018] 實(shí)施例3: 一、依照化學(xué)式 Ba^Sr^Co^Fea.A，按化學(xué)計(jì)量比配制 Ba(N03)2、Sr(N03)2、C〇(N0 3)2、 Fe(N03)2混合溶液，然后加入硝酸鹽質(zhì)量比為4%的加入三乙醇氨造泡劑，加入硝酸鹽質(zhì)量 比為15%、粒徑為lMm的石墨作為造孔劑，溶液超聲攪拌均勻，配置金屬離子混合溶液，溶液 的金屬離子總濃度為7mol I71 ; 二、將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)NiO-YSZ/YSZ/⑶C的半電池片，按照陽(yáng)極朝下，電解質(zhì)朝上的方 式放置與加熱臺(tái)上，對(duì)半電池加熱，加熱溫度為200°C。采用氣動(dòng)噴槍，將陰極混合離子溶 液噴涂到半電池上。噴涂陰極涂層的厚度為20Mm，停止噴涂，將加熱臺(tái)調(diào)到1000°C，對(duì)陰極 涂層進(jìn)行固化，制備得到NiO-YSZ YSZ//⑶C/LSCF固體氧化物燃料電池。
【權(quán)利要求】
1. 一種固體氧化物燃料電池陰極的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 第一步：將復(fù)合硝酸鹽溶于蒸餾水中得到陰極材料溶液，然后加入造泡劑、造孔劑，經(jīng) 攪拌溶解得到陰極混合離子溶液； 第二步：將陽(yáng)極支撐電解質(zhì)層的半電池片放置于溫度為150?400°C的加熱臺(tái)上，然后 將陰極混合離子溶液噴涂到電解質(zhì)層表面制得陰極涂層； 第三步：將帶有陰極涂層的電池片放置到電爐中，在700?1000°C的條件下鍛燒2?5 小時(shí)，制得燃料電池陰極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于：所述陽(yáng)極支撐電解質(zhì)層的半電池 片的陽(yáng)極為氧化鎳與電解質(zhì)混合燒結(jié)的陶瓷材料，所述電解質(zhì)為YSZ或GDC或SDC材料中 的一種或二種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述復(fù)合硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸 鈷、硝酸錳、硝酸鐵、硝酸鋇中三種以上的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述陰極材料溶液的摩爾濃度 為 1 ?lOmolL、
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述造泡劑為碳酸氫氨、三乙醇 胺、尿素中的一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述造泡劑的用量為復(fù)合硝酸 鹽重量的0. 5?5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述造孔劑為石墨、PMMA中的一 種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述造孔劑的粒徑為0. 1? l〇Mm,用量為復(fù)合硝酸鹽重量的1?20%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于：所述陰極涂層的厚度為10? 35l^n〇
【文檔編號(hào)】H01M4/88GK104064782SQ201410278689
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月21日
【發(fā)明者】孫良良, 羅凌虹, 吳也凡, 徐序, 石紀(jì)軍, 程亮 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院