固体氧化物燃料电解池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电解池及其制备方法。固体氧化物燃料电解池的制备方法包括以下步骤：将阴极单元薄膜、电解质单元薄膜及阳极单元薄膜叠放压合后烧结；各薄膜的制备方法包括以下步骤：将浆料铺设于衬底上，形成预设厚度的薄膜后将衬底除去，并对薄膜进行脱脂处理，浆料为阴极浆料、阳极浆料或电解质浆料。所述制备方法工艺简单，需要调控的工艺参数较少，且制得的固体氧化物燃料电解池能够快速成型。本发明专利技术还提供了所述方法制备的固体氧化物燃料电解池。池。

【技术实现步骤摘要】
固体氧化物燃料电解池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种固体氧化物燃料电解池及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电解池(SOEC)是一种新型高效能量转化装置，通过高温下的电化学反应过程，可将原料水转化为氢和氧，实现由电能和热能向化学能的高效转化。从反应过程上来讲，SOEC为固体氧化物燃料电池(SOFC)的反向运行，通过施加外压在阴极电解H2O，形成H2和O2‑
，O2‑
穿过电解质层在阳极失去电子生成O2。即典型的固体氧化物燃料电解池的核心组成包括：电解质层以及位于其两侧的阳极(氧电极)和阴极(氢电极)。电解质的主要作用是隔开空气/氧气和燃料气体，并且传导氧离子。因此一般要求电解质致密且具有高的离子电导和可忽略的电子电导。电极一般为多孔结构，以增加电化学反应的三相界面，并有利于气体的扩散和传输。
[0003]在实际应用中与SOFC类似，需要根据不同的工作条件提供不同厚度的电解池。然而传统制备固体氧化物燃料电解池阴、阳极层及电解质层的方法较为复杂，常用的制备方法为丝网印刷和流延湿法制备工艺。丝网印刷和流延是以陶瓷粉末为初始原料，添加合适的粘结剂、分散剂、表面活性剂等溶剂制成浆料，在过程中需要控制溶剂配比。浆料制备结束后还需要过筛和除气，后续再进行干燥和烧结形成一定厚度的薄膜。在这一过程中薄膜厚度受很多参数的影响，例如环境温度、湿度、烧结温度、升温速率和降温速率等等，制备过程需要调控的参数较多，制备工艺较为复杂，耗时比较长。而且制备不同厚度的电解池需要不同的设备，对设备要求较高，且电解池成型较慢。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种快速成型的固体氧化物燃料电解池的制备方法。
[0005]本专利技术一方面，提供一种固体氧化物燃料电解池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将阴极单元薄膜、电解质单元薄膜及阳极单元薄膜叠放压合后烧结；
[0007]各薄膜的制备方法包括以下步骤：
[0008]将浆料铺设于衬底上，形成预设厚度的薄膜后将所述衬底除去，并对所述薄膜进行脱脂处理；
[0009]所述浆料为阴极浆料、阳极浆料或电解质浆料。
[0010]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述衬底包括铜箔或镍箔。
[0011]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述阴极单元薄膜、电解质单元薄膜及阳极单元薄膜的预设厚度独立地选自50nm～100nm。
[0012]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述铺设的方法为丝网印刷、涂布、流延或磁控溅射法。
[0013]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述浆料的制备方法包括将粉体、粘结剂、分散剂、助烧剂、造孔剂及增塑剂置于有机溶剂中并进行球磨的步骤；
[0014]所述粉体为阴极粉体、阳极粉体或电解质粉体。
[0015]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述阴极粉体为LSCF粉体、GDC粉体及Pt中的至少一种，所述电解质粉体为GDC粉体、YSZ粉体、Bi2O3粉体及LaGaO3粉体中的至少一种，所述阳极粉体为LSM粉体、LSC粉体、LSCF粉体、BSCF粉体、NiO粉体及GDC粉体中的至少一种。
[0016]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛酯、聚丙烯酸酯、甲基纤维素、聚乙二醇、邻苯二甲酸二辛酯、聚乙烯醇及乙基纤维素的松油醇溶液中的至少一种，所述粘结剂的质量百分含量为2％～5％；
[0017]所述分散剂为脂肪酸聚乙二醇酯、三硬脂酸甘油酯及鱼油中的至少一种，所述分散剂的质量百分含量为3％～10％。
[0018]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述造孔剂为淀粉、碳粉、石墨粉及纸质纤维中的至少一种，所述造孔剂的质量百分含量为5％～10％；
[0019]所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯和/或聚乙二醇二甲基醚，所述增塑剂的质量百分含量为2％～5％；
[0020]所述助烧剂为氧化铜、氧化钴及氧化锂中的至少一种，所述助烧剂的质量百分含量为1％～5％。
[0021]可选地，如上述所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，所述有机溶剂为三乙醇胺、苯乙烯、二甲苯、松油醇及无水乙醇中的至少一种。
[0022]本专利技术一方面，还提供一种上述所述的制备方法制得的固体氧化物燃料电解池。
[0023]本专利技术通过将阴极、阳极、电解质等单独制备成单元薄膜元件并通过将各薄膜共同烧结制备了固体氧化物燃料电解池，而且在各单元薄膜的制备过程中无需调整设备参数，降低了设备成本，且电解池成型较快。通过调控固体氧化物燃料电解池中各薄膜的数量可以得到不同厚度的电池元件，以满足不同的需求。而且将电池各元件以薄膜形式进行制备可将电解质层减薄，从而提高了电解质传热传质能力，提高了单电池的功率密度。
[0024]另外，所述固体氧化物燃料电解池的制备方法无需特殊复杂的技术工艺，操作简单便捷，成本低。
具体实施方式
[0025]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本专利技术。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
[0026]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本专利技术的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本专利技术更广阔的方面。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将阴极单元薄膜、电解质单元薄膜及阳极单元薄膜叠放压合后烧结；各薄膜的制备方法包括以下步骤：将浆料铺设于衬底上，形成预设厚度的薄膜后将所述衬底除去，并对所述薄膜进行脱脂处理；所述浆料为阴极浆料、阳极浆料或电解质浆料。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，所述衬底包括铜箔或镍箔。3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，所述阴极单元薄膜、电解质单元薄膜及阳极单元薄膜的预设厚度独立地选自50nm～100nm。4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，所述铺设的方法为丝网印刷、涂布、流延或磁控溅射法。5.根据权利要求1～4任一项所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，所述浆料的制备方法包括将粉体、粘结剂、分散剂、助烧剂、造孔剂及增塑剂置于有机溶剂中并进行球磨的步骤；所述粉体为阴极粉体、阳极粉体或电解质粉体。6.根据权利要求5所述的固体氧化物燃料电解池的制备方法，其特征在于，所述阴极粉体为LSCF粉体、GDC粉体及Pt中的至少一种，所述电解质粉体为GDC粉体、YSZ粉体、Bi2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：安莉莎，王贺武，欧阳明高，刘宇灿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：