一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池。制备了新型的电解质材料：钐掺杂氧化铈‑碳酸盐复合材料构成，其化学表达式为Ce0.8Sm0.2O1.9‑Na2CO3。基于新型电解质材料制备了具有对称电极结构的固体氧化物燃料电池，电池的阴极与阳极呈现对称形式。通过实验验证，该对称电极结构燃料电池具有结构上的完全对称，在实际应用中，也可以实现阴极与阳极在电解质两侧呈现对称形式。实验结果表明，本发明专利技术的一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池的电化学性能可以与传统的固体氧化物燃料电池性能相媲美。此外，材料和结构上的创新，使得燃料电池的运行温度降低，因此，降低了密封工艺要求，具有市场化的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池
本专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池的制备方法，特别涉及一种纳米复合材料制备的具有对称电极结构的固体氧化物燃料电池。
技术介绍
能源危机和生态环境是人类目前所面临的两大挑战。传统的煤、石油等已经很难满足可持续能源发展战略要求。长远看来，可再生能源将成为未来人类的主要能源。而太阳能作为一种清洁、无污染、易得的可再生能源，成为最重要的可再生能源之一，具有广泛的应用前景。固体氧化物燃料电池是一种将氢气、甲醇等物质的化学能直接转化为电能，具有能力转换效率高、无污染等显著优点。目前市场关于燃料电池产品非常少。在政府政策的引导和扶持的情况下，我国研制了部分燃料电池电动大巴车，主要采用的是质子交换膜燃料电池，该燃料电池成本较高，市场化进程缓慢。近年来，固体氧化物燃料电池得到了飞速发展，固体氧化物燃料电池的操作温度较高，具有转换效率高，燃料选择范围宽等优点。不幸的是，目前固体氧化物燃料电池的成本也非常高，难以市场化。本专利技术，采用纳米复合技术，专利技术一种新的电解质材料和电极材料。基于这样新的纳米复合材料，进一步专利技术出具有对称电极的固体氧化物燃料电池。材料的制备成本非常低，同时电池的制作工艺简单，具有很大的市场化潜力。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有燃料电池技术存在的成本高的问题，本专利技术的目的是提供纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池，包括燃料侧泡沫镍（1）、燃料侧镍钴铝锂电极（2）、电解质层（3）、氧气侧镍钴铝锂电极（4）、氧气侧泡沫镍（5）、氧气侧进口（6）、氧气侧气流道（7）、氧气侧出口（8）、氧气侧电源接口（9）、负载（10）、燃料侧电源接口（11）、燃料侧出口（12）、燃料侧气流道（13）、燃料侧进口（14）；所述燃料侧泡沫镍（1）的下表面涂装燃料侧镍钴铝锂电极（2），氧气侧泡沫镍（5）的上表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4），电解质层（3）位于燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）的中间位置，燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧也呈现对称形式；所述燃料侧泡沫镍（1）的上表面采用密封形式安装燃料侧气流道（13），燃料侧气流道（13）左侧为燃料侧进口（14），燃料侧气流道（13）右侧为燃料侧出口（12），所述燃料侧电源接口（11）焊接在燃料侧泡沫镍（1）的侧端口；所述氧气侧泡沫镍（5）下表面采用密封形式安装氧气侧气流道（7），氧气侧气流道（7）的左侧为氧气侧进口（6），氧气侧气流道（7）的右侧为氧气侧出口（8），所述氧气侧电源接口（9）焊接在氧气侧泡沫镍（5）的侧端口；燃料侧电源接口（11）与氧气侧电源接口（9）之间连接负载（10）；所述燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧气流道（13）与氧气侧气流道（7）在电解质层（3）两侧呈现对称形式。所述的一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池，其特征还在于电解质层（3）是由钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合材料构成，其化学表达式为Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2CO3，制作工艺为：将Ce(N03)·6H2O，Sm(NO3)·6H2O和去离子水按1:1:1比例进行混合，得到0.5mol/L的混合溶液，将混合溶液逐滴加入0.5mol/LNaCO3溶液，并加入过量的NaCO3的固体，搅拌3小时，过滤后利用去离子水清洗，放入干燥箱干燥3小时，干燥温度100℃，再放入干燥箱干燥1小时，干燥温度250℃，再放入马沸炉中烧结3小时，烧结温度为700℃，获得固体的钐掺杂氧化铈材料；将固体钐掺杂氧化铈与NaCO3固体按1:1比例放入乙醇溶液中进行混合，再放入马沸炉中烧结3小时，烧结温度为700℃，并在炉中冷却至室温，获得电解质层（3）的材料：钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合材料，即Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2CO3材料。一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池单体的制作工艺步骤为：第一步：将粉末状的氧气侧镍钴铝锂电极（4）材料溶于松油醇与乙醇混合溶液中（松油醇：乙醇=1：1），得到浆糊状的氧气侧镍钴铝锂电极（4）材料，将浆糊状的氧气侧镍钴铝锂电极（4）材料均匀地喷涂在氧气侧泡沫镍（5）的下表面，喷涂后，放入干燥箱干燥30min，干燥温度为100℃，再次喷涂，再放入干燥箱干燥10min，干燥温度为100℃；第二步：将表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4）的氧气侧泡沫镍（5）剪切成电解池的磨具尺寸：直径D=13mm；第三步：燃料侧泡沫镍（1）与燃料侧镍钴铝锂电极（2）制作工艺与第一步、第二步相同；第四步：将剪切好的表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4）的氧气侧泡沫镍（5）磨具中，表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4）的上表面朝上，再铺上电解质层（3）钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合材料，压实；第五步：再将表面涂装燃料侧镍钴铝锂电极（2）的燃料侧泡沫镍（1）与放入，表面涂装燃料侧镍钴铝锂电极（2）的表面朝下，放置好压片；第六步：在10Mpa的压力下，保压10s后，撤销压力，取出电池片。所述燃料侧泡沫镍（1）由多孔的泡沫镍构成，将燃料侧镍钴铝锂电极（2）涂装在燃料侧泡沫镍（1）上，构成燃料侧电极。所述燃料侧镍钴铝锂电极（2）的材料的化学式为Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ。所述电解质层（3）用于传输氧离子，由钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合材料构成，即Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2CO3材料，制备工艺如图2所示。所述氧气侧镍钴铝锂电极（4）的材料与燃料侧镍钴铝锂电极（2）的的化学式一样，为Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ。所述氧气侧泡沫镍（5）与燃料侧泡沫镍（1）材料和结构均一样，将氧气侧镍钴铝锂电极（4）涂装在氧气侧泡沫镍（5）的表面。所述氧气侧进口（6）、氧气侧气流道（7）与氧气侧出口（8）构成氧气供给通道与输出通道，并将氧气送入燃料电池的氧气侧。所述氧气侧电源接口（9）安装氧气侧泡沫镍（5）的侧端口，用于传输电流。所述负载（10）由直流负载构成，负载（10）的一端与氧气侧电源接口（9）连接，另一端与燃料侧电源接口（11）连接，形成供电回路。所述燃料侧电源接口（11）安装在燃料侧泡沫镍（1）的侧端口，用于提供连接电池的电能输出与负载之间的连线。燃料侧出口（12）、所述燃料侧进口（14）与燃料侧气流道（13）构成燃料供给通道，将燃料送至电池电池的燃料侧。有益效果：1、本专利技术与现有技术相比，结构简化，传统的燃料电池为阴极-电解质-阳极结构，本专利技术的结构为：电极-电解质-电极。与传统的结构相比，阴极与阳极的材料和结构完全一致，在电解质两侧呈现对称分布。2、采用新型纳米复合材料制备燃料电池，电池的操作温度降低，传统结构的固体氧化物燃料电池操作温度约为700～1000℃，本专利技术的电池操作温度可降低到500℃，电池的性能与传统的相媲美，温度的降低，从而对电池密封的工艺降低，进一步降低系统的成本，并提高了系统的可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池，包括燃料侧泡沫镍（1）、燃料侧镍钴铝锂电极（2）、电解质层（3）、氧气侧镍钴铝锂电极（4）、氧气侧泡沫镍（5）、氧气侧进口（6）、氧气侧气流道（7）、氧气侧出口（8）、氧气侧电源接口（9）、负载（10）、燃料侧电源接口（11）、燃料侧出口（12）、燃料侧气流道（13）、燃料侧进口（14）；所述燃料侧泡沫镍（1）的下表面涂装燃料侧镍钴铝锂电极（2），氧气侧泡沫镍（5）的上表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4），电解质层（3）位于燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）的中间位置，燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧也呈现对称形式；所述燃料侧泡沫镍（1）的上表面采用密封形式安装燃料侧气流道（13），燃料侧气流道（13）左侧为燃料侧进口（14），燃料侧气流道（13）右侧为燃料侧出口（12），所述燃料侧电源接口（11）焊接在燃料侧泡沫镍（1）的侧端口；所述氧气侧泡沫镍（5）下表面采用密封形式安装氧气侧气流道（7），氧气侧气流道（7）的左侧为氧气侧进口（6），氧气侧气流道（7）的右侧为氧气侧出口（8），所述氧气侧电源接口（9）焊接在氧气侧泡沫镍（5）的侧端口；燃料侧电源接口（11）与氧气侧电源接口（9）之间连接负载（10）；所述燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧气流道（13）与氧气侧气流道（7）在电解质层（3）两侧呈现对称形式。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池，包括燃料侧泡沫镍（1）、燃料侧镍钴铝锂电极（2）、电解质层（3）、氧气侧镍钴铝锂电极（4）、氧气侧泡沫镍（5）、氧气侧进口（6）、氧气侧气流道（7）、氧气侧出口（8）、氧气侧电源接口（9）、负载（10）、燃料侧电源接口（11）、燃料侧出口（12）、燃料侧气流道（13）、燃料侧进口（14）；所述燃料侧泡沫镍（1）的下表面涂装燃料侧镍钴铝锂电极（2），氧气侧泡沫镍（5）的上表面涂装氧气侧镍钴铝锂电极（4），电解质层（3）位于燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）的中间位置，燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧也呈现对称形式；所述燃料侧泡沫镍（1）的上表面采用密封形式安装燃料侧气流道（13），燃料侧气流道（13）左侧为燃料侧进口（14），燃料侧气流道（13）右侧为燃料侧出口（12），所述燃料侧电源接口（11）焊接在燃料侧泡沫镍（1）的侧端口；所述氧气侧泡沫镍（5）下表面采用密封形式安装氧气侧气流道（7），氧气侧气流道（7）的左侧为氧气侧进口（6），氧气侧气流道（7）的右侧为氧气侧出口（8），所述氧气侧电源接口（9）焊接在氧气侧泡沫镍（5）的侧端口；燃料侧电源接口（11）与氧气侧电源接口（9）之间连接负载（10）；所述燃料侧镍钴铝锂电极（2）与氧气侧镍钴铝锂电极（4）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧泡沫镍（1）与氧气侧泡沫镍（5）在电解质层（3）两侧呈现对称形式，所述燃料侧气流道（13）与氧气侧气流道（7）在电解质层（3）两侧呈现对称形式。2.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料制备的对称电极结构燃料电池，其特征还在于电解质层（3）是由钐掺杂氧化铈-碳酸盐复合材料构成，其化学表达式为Ce0.8Sm0.2O1.9-Na2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊娇，朱斌，
申请(专利权)人：李俊娇，
类型：发明
国别省市：安徽,34