一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法，制备方法包括：(1)制备多孔阳极支撑体粉末；(2)炼泥：将多孔阳极支撑体粉末和添加剂混合，得预混物料，将预混料置于轧膜机中进行炼泥，制得多孔阳极支撑体泥块；其中添加剂为去离子水、水基粘结剂和增塑剂按重量比为100:15‑40:15‑40混合的混合溶液；(3)对多孔阳极支撑体泥块进行粗轧、精轧、干燥、冲片、除胶和烧结，制得。本申请中采用水基粘结剂，其完全无毒，不需要采用有机溶剂进行溶解，只需加入水溶解即可，大大节约了成本，并且在排胶过程中不会残留在坯体中，解决了现有技术中采用非水基粘结剂产生的不利影响，同时还提高了生坯的强度和韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法
本专利技术属于固体氧化物燃料电池
，具体涉及一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将化学能直接转化成电能的高效全固态电化学装置，SOFC主要有平板状和管状两种结构类型，不同的结构类型需要采用与之相匹配的制备工艺。比较而言，平板状SOFC具有成本低，成型工艺简单等优点。NiO/YSZ多孔陶瓷是SOFC中常用的一种阳极材料，一般采用干压、流延和挤出成型等成型方法，采用上述成型方法制备NiO/YSZ多孔陶瓷材料在成型工艺难度和制作成本以及制品的形状和尺寸受到一定的限制，如：干压成型制备的制品形状比较单一，无法制备大尺寸的制品，并且其制品的微观结构不均匀；流延成型是制备厚度较薄，且平坦、大规格陶瓷薄坯片的良好方法，但其多采用双元有机溶液作为溶剂，不但成本高，并且对环境造成严重污染，其工艺配方的复杂，导致其制品的成型难度大且成品率较低；挤出成型主要用于制备管式的陶瓷制品，该成型工艺复杂，且该成型方法容易出现保水性不足导致微观结构不均匀，并且制品变形和开裂等问题。轧膜成型是一种陶瓷膜片可塑成型工艺，具体为：将混合好的粉体加入一定量的有机粘结剂、增塑剂，然后置于陶瓷轧膜机中，轧膜机由两个相向滚动的轧辊构成，当轧辊转动时，放在轧辊之间的瓷料不断受到挤压，使瓷料中的每个粒子都能均匀地覆盖一层有机粘结剂。在轧辊不停地挤压下，泥料中的气泡不断被排除，水分不断被蒸发，最后轧出所需厚度的薄片或薄膜，再由冲片机冲出所需尺寸的坯片。轧膜成型具备有比流延成型更加简单的工艺配方，比如：添加剂种类更好，不需要添加分散剂和除泡剂等。另外轧膜成型的设备简单，从而降低了制备成本。目前轧膜成型法采用水基体系制备膜片时通常情况下比流延成型使用的粘结剂和增塑剂的量要少、固含量更高，从而使得轧膜成型的生坯片存在干燥后膜片塑性差等问题，不利于后续的加工成型。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法，以解决现有技术中制得的多孔阳极材料干燥后膜片塑性差，不易于后续加工成型的问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体，其制备方法包括以下步骤：(1)制备多孔阳极支撑体粉末将氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂混合，球磨，得浆料，对浆料进行烘烤，制得多孔阳极支撑体粉末；氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂的重量比为60:40:0-30；(2)炼泥将多孔阳极支撑体粉末和添加剂混合，得预混物料，将预混料置于轧膜机中进行炼泥，制得多孔阳极支撑体泥块；其中添加剂占多孔阳极支撑体粉末重量的30-100％，添加剂为去离子水、水基粘结剂和增塑剂按重量比为100:15-40:15-50混合的混合溶液；(3)对多孔阳极支撑体泥块进行粗轧、精轧、干燥、冲片、除胶和烧结，制得固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体。进一步地，氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂的重量比为60:40:20。进一步地，造孔剂为PS微球、PMMA微球、炭黑和淀粉中的至少一种。进一步地，添加剂占多孔阳极支撑体粉末重量的55％。进一步地，添加剂为去离子水、水基粘结剂和增塑剂按重量比为100:33:50混合的混合溶液。进一步地，添加剂通过以下方法制备得到：将水基粘结剂、增塑剂和去离子水混合，边加热边搅拌，直至全部溶解，然后再自然冷却至室温，制得。进一步地，水基粘结剂为甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)中的至少一种，优选为聚乙烯醇(PVA)；增塑剂为甘油、聚乙二醇(PEG)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的至少一种，优选为甘油和聚乙二醇的混合物。进一步地，粗轧过程为将多孔阳极支撑体泥块置于轧膜机中，在两轧辊之间进行反复轧压，直至坯片表面光滑，无气泡，粗轧结束；其中，完成上一次轧压后，将坯片取下，对折，然后转动轧膜方向与上一次轧膜方向成90°，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压。进一步，精轧过程为：将粗轧后所得的厚坯片边沿切掉，然后逐次调小轧膜机两轧辊之间的间距，由厚到薄对坯片进行逐次轧压，直至坯片达到所需要的厚度；即完成第一次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第二次轧压，完成第二次轧压后将两轧辊之间的间歇再次调小再进行第三次轧压，如此重复轧压坯片至所需厚度。进一步地，步骤(3)干燥过程为：将精轧好的坯片开裂的边沿切掉，在室温下干燥，直至重量不再变化为止。进一步地，冲片过程为：将干燥好的坯片置于冲片机上进行冲切，得到所需形状及尺寸的生坯片。进一步地，除胶、烧结过程为：将冲切好的生生坯片放入排胶炉中，以1-5℃/分钟的升温速率上升至800～1000℃，再保温1～3个小时，然后以3～5℃/分钟的降温速率下降至室温，使生坯片排出粘结剂和造孔剂，最后将排胶后的生坯片放入高温炉中，在1300～1400℃下保温1～3个小时，制得多孔阳极支撑体。上述过程中，将生坯片以尽可能缓慢的速度升温，能够使得坯片内粘结剂、增塑剂和造孔剂缓慢的排出，可防止坯片出现弯曲变形，提高坯片的成型率，同时能够形成均匀的孔隙，在800-1000℃的温度下保温，可进一步促进生坯内的粘结剂和增塑剂完全分解排出；继续以合适的速度降温，可保证坯片的成型率的同时，又防止炉膛降温速率过快导致炉膛炸裂等问题；最后将坯片在1300-1400℃条件下保温的过程中，使得坯片内形成较小孔隙的颗粒被烧结为一体，将小孔隙被烧实，保留较大的孔隙，进而提高形成的孔隙率以及孔隙的均匀性。其中，烧结过程优选为：将冲切好的生坯片放入排胶炉中，以2℃/分钟的升温速率上升至500℃，保温1个小时，然后以5℃/分钟的升温速率升至800℃，保温1小时，再以5℃/分钟的降温速率下降至室温，使生坯片排出粘结剂和造孔剂，最后将排胶后的生坯片放入高温炉中，在1300℃下保温1个小时，制得多孔阳极支撑体。本专利技术提供的固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术以氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂为原料，将其混合后和添加剂混合，制得预混物料，将预混物料加入轧膜机中，轧辊之间的物料不断受到轧辊的挤压，使添加剂中的粘结剂、增塑剂能均匀地包覆在每个粒子上，初期物料依靠粘结剂、增塑剂的作用和轧辊之间的压力，均匀的包覆在轧辊之上，然后继续受到轧辊反复不停地挤压，物料中的部分粘结剂被排除，水分不断蒸发，得到成型的坯体，经烧结，最终制得固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体。(2)在陶瓷生坯的制备过程中，粘结剂作为系统中最为重要的添加剂，它是坯体中最唯一的连续相，它像一个海绵一样把陶瓷粉体颗粒包裹住，给坯体提供强度、韧性、塑性和叠层性能。但现有技术中常采用聚乙烯醇缩丁醛(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备多孔阳极支撑体粉末/n将氧化亚镍粉末、8wt％Y

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备多孔阳极支撑体粉末
将氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂混合，球磨，得浆料，对浆料进行烘烤，制得多孔阳极支撑体粉末；氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂的重量比为60:40:0-30；
(2)炼泥
将多孔阳极支撑体粉末和添加剂混合，得预混物料，将预混料置于轧膜机中进行炼泥，制得多孔阳极支撑体泥块；其中添加剂占多孔阳极支撑体粉末重量的30-100％，添加剂为去离子水、水基粘结剂和增塑剂按重量比为100:15-40:15-50混合的混合溶液；
(3)对多孔阳极支撑体泥块进行粗轧、精轧、干燥、冲片、除胶和烧结，制得固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体。


2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，所述氧化亚镍粉末、8wt％Y2O3-ZrO2粉末及造孔剂的重量比为60:40:20。


3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为PS微球、PMMA微球、炭黑和淀粉中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法，其特征在于，所述添加剂为去离子水、水基粘结剂和增塑剂按重量比为100:33:50混合的混合溶液。


5.根据权利要求1或4所述的固体氧化物燃料电池多孔阳极支撑体的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，姜彩荣，张博文，龚敏，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51