一种利用固体氧化物燃料电池中元素高温扩散的方法制备阳极/电解质半电池的方法

摘要

一种利用固体氧化物燃料电池中元素高温扩散的方法制备阳极/电解质半电池的方法，本发明涉及一种元素高温扩散效应在固体氧化物燃料电池中的积极利用方法。本发明是为解决现有采用阻止元素在固体氧化物燃料电池中高温扩散的方法不能完全阻止元素扩散以及采用该方法制备的固体氧化物燃料电池长期运行后的输出稳定性差的问题，方法：一、梯度Ni阳极的制备；二、梯度Ni+富Fe阳极支撑体的制备及烧结；三、阳极支撑体+LSGM电解质膜的制备及烧结。本发明将SOFC中元素高温扩散的消极影响变为积极的作用，原位合成Ni-Fe合金，实现Fe对Ni的收纳，有效阻断Ni向LSGM电解质扩散，可应用于固体氧化物燃料电池领域。

主权项

一种利用固体氧化物燃料电池中元素高温扩散的方法制备阳极/电解质半电池的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：一、梯度Ni阳极的制备：先将NiO粉末和陶瓷粉末Ⅰ按质量比为5：(4～6)混合均匀，得到混合粉末A，然后将NiO粉末和陶瓷粉末Ⅰ按质量比为6：(3～5)混合均匀，得到混合粉末B，再将NiO粉末和陶瓷粉末Ⅰ按质量比为7：(2～4)混合均匀，得到混合粉末C，混合粉末A、混合粉末B和混合粉末C的质量相等，然后按造孔剂与混合粉末A的质量比为(8～12)：100向混合粉末A中加入造孔剂，按造孔剂与混合粉末B的质量比为(8～12)：100向混合粉末B中加入造孔剂，按造孔剂与混合粉末C的质量比为(8～12)：100向混合粉末C中加入造孔剂，其中向混合粉末A、混合粉末B和混合粉末C中加入的造孔剂的质量相等，再按照混合粉末C、混合粉末B、混合粉末A的顺序依次将含造孔剂的混合粉末倒入模具中，在压力为100MPa～130MPa下干压成型，得到梯度Ni阳极坯体；所述的NiO粉末的粒径为0.01μm～0.2μm，陶瓷粉末的粒径为0.05μm～0.3μm；二、梯度Ni+富Fe阳极支撑体的制备及烧结：先将Fe₂O₃粉末和陶瓷粉末Ⅱ按质量比为8：(1～3)混合均匀，得到富Fe阳极混合粉末D，然后将Fe₂O₃粉末和陶瓷粉末Ⅱ按质量比为7：(2～4)混合均匀，得到富Fe阳极混合粉末E，再将Fe₂O₃粉末和陶瓷粉末Ⅱ按质量比为6：(3～5)混合均匀，得到富Fe阳极混合粉末F，富Fe阳极混合粉末D、富Fe阳极混合粉末E和富Fe阳极混合粉末F的质量相等，然后依次将富Fe阳极混合粉末D、富Fe阳极混合粉末E和富Fe阳极混合粉末F先后均匀铺展于步骤一得到的Ni梯度阳极坯体上混合粉末A所在位置的一面，在压力为240MPa～280MPa下干压成型，得到梯度Ni+富Fe双层阳极坯体，然后将得到的梯度Ni+富Fe双层阳极坯体放入马弗炉中，于温度为1000～1400℃下烧结1h～4h，得到梯度Ni+富Fe阳极支撑体；所述的梯度Ni+富Fe阳极支撑体的厚度为150μm～600μm，其中梯度Ni+富Fe阳极支撑体中富Fe层的厚度为1μm～30μm；所述的Fe₂O₃粉末的粒径为0.01μm～0.2μm，陶瓷粉末的粒径为0.05μm～0.3μm；三、阳极支撑体+LSGM电解质膜的制备及烧结：将LSGM粉末、松油醇、乙基纤维素和植物油混合均匀，得到LSGM电解质浆料，然后将步骤二得到的梯度Ni+富Fe阳极支撑体固定于匀胶机的样品架上，富Fe层的一面朝上，再将LSGM电解质浆料铺展于梯度Ni+富Fe阳极支撑体表面，匀胶机转速设定为1000rpm～4000rpm，时间设定为1min～5min，得到阳极支撑体+LSGM电解质膜坯体，再将得到的到阳极支撑体+LSGM电解质膜坯体放入马弗炉中进行烧结，升温过程为：随炉由室温自然升温至温度为300℃，然后以升温速率为200℃/3h由温度为300℃升温至温度为500℃，以升温速率为100℃/h由温度为500℃升温至温度为900℃，以升温速率为500℃/4h由温度为900℃升温至温度为1400℃，并在温度为1400℃下保温3h～5h，降温过程为：以降温速率为500/4h由温度为1400℃降温至温度为900℃，以降温速率为400℃/3h由温度为900℃降温至温度为500℃，500℃以下随炉温自然冷却至室温，得到阳极支撑体+LSGM电解质膜；其中所述的LSGM的粒径为0.05μm～0.5μm，所述的LSGM粉末与松油醇的质量比为1：(0.1～0.4)，所述的LSGM粉末与乙基纤维素的质量比为1：(0.003～0.024)，所述的LSGM粉末与植物油的质量为1：(0.02～0.08)，所述的阳极支撑体+LSGM电解质膜中LSGM电解质膜的厚度为5μm～50μm；步骤一中所述的陶瓷粉末Ⅰ为氧化钆掺杂的氧化铈陶瓷粉末、氧化钐掺杂的氧化铈陶瓷粉末或锶/锰共掺杂的铬酸镧陶瓷粉末；步骤二中所述的陶瓷粉末Ⅱ为氧化钆掺杂的氧化铈陶瓷粉末、氧化钐掺杂的氧化铈陶瓷粉末或锶/锰共掺杂的铬酸镧陶瓷粉末。