本发明专利技术涉及固体氧化物燃料电池，具体说是一种低温固体氧化物燃料电池三合一组件ＭＥＡ，包括阳极基底，铈基电解质和阴极，在低温电解质和低温阴极之间设置有一层由高氧离子电导率电解质构成的电解质过渡层。本发明专利技术制备的低温固体氧化物燃料电池，不仅提高了固体氧化物燃料电池的性能，比不加过渡层的电池性能可提高５５％以上；而且阴极与电解质膜结合更加稳固可靠，提高电池的运行稳定性和热循环稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，具体说是一种带电解质过渡层结构 的低温固体氧化物燃料电池三合一组件MEA及其制备。
技术介绍
固体氧化物燃料电池是将化学能直接转化成电能的能量转换装置，釆 用全固态结构，具有发电效率高、应用范围广的特点，是理想的分散发电 和集中电站技术，也可以应用于车辆辅助电源、便携式电源等。为了减小制造成本，提高可靠性，缩短启动时间，釆用低温电解质材 料可以将固体氧化物燃料电池的操作温度降低至450-65(TC，又称低温固体氧化物燃料电池。低温固体氧化物燃料电池一般釆用阳极支撑型结构，通 过共烧结方法制备，获得致密电解质隔膜的温度比较高， 一般在1350-1450 。C。但是，目前所使用的低温阴极材料，如BaxSr!.xC0yFeLy03 (BSCF)、 SmxSiVxCoOs (SSC)等，其烧结活性较高，在通常阴极焙烧温度下 (1100°C-1200°C),极易烧结致密而降低阴极的孔隙率，阻碍氧的扩散传递及 电催化还原活性。降低其焙烧温度虽然能保持一定的孔隙率，但是同时会 造成阴极与电解质结合不牢，极易剥落，阴极与电解质之间的界面阻抗增 大。目前的电池制备技术获得的20微米电解质厚度的低温固体氧化物燃料 电池，其欧姆阻抗达到0.2 D'cm2-0.45 Q'cm2，要远高于电解质欧姆电阻 的理论值，因此在很大程度上影响了电池的输出功率和稳定性。在低温操 作条件下，电解质与阴极之间的界面电阻已经成为影响低温固体氧化物燃 料电池性能的主要因素之一。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决低温固体氧化物燃料电池中电解质与阴极之间 界面阻抗较大的问题，通过在电解质与阴极之间引入一层由高氧离子电导 率电解质构成的过渡层，来促进电解质与阴极之间的有效接触，降低电解 质/阴极之间的界面电阻，从而有效提高电池的输出功率和稳定性。为达到以上目的，本专利技术采用的技术解决方案为一种低温固体氧化物燃料电池(工作温度450-650一C)三合一组件MEA,包括阳极基底，铈基电解质和阴极，在低温电解质和低温阴极之间设置 有一层由高氧离子电导率电解质构成的电解质过渡层，促进电解质与阴极 之间的有效接触，降低电解质/阴极之间的界面接触电阻，改善电解质/阴极 之间的接触强度，从而有效提高电池的输出功率和电池的稳定性。所述的电解质过渡层由包括SmxCe^02 (SDC)、 GdxCei-x02 (GDC)、 LaxCe,.x02 (LDC)、 YxCe^O" 8 moP/。Y203稳定的Zr02 (YSZ)和/或掺杂的摩尔百分比含量为10%-50% Sc203稳定的Zr02 (ScSZ)等高氧离子电导率的 电解质中的一种或一种以上构成，其中0.Kx《0.5。电解质过渡层可以是 致密的，也可以是多孔的，但其制备温度低于致密的电解质层， 一般 低50-500。C。在附着于阳极基底上的铈基电解质表面釆用流延法、涂敷法、气相沉 积法或等离子喷涂等各种无机膜的制备技术制备电解质过渡层，其厚度控 制在20纳米一5微米之间，最佳厚度为50纳米-2微米，其烧结温度在100(TC 一1400。C区间范围内；然后于电解质过渡层上制备阴极构成三合一组件 MEA。固体氧化物燃料电池阳极基底制作材料为金属复合陶瓷，其中金属催 化剂包括Ni， Co, Cu， Rh， Fe， Pt, Pd, Mo和/或Ti;氧化物包括SmxCe^02 (SDC)、 G4Cet—x02 (GDC)、 YxCe卜x02(YDC)、 LaxCe^ (LDC)、 8 mol%Y203 稳定的Zr02(YSZ)和/或掺杂的摩尔百分比含量ijl0。/。-50。/。 8(^203稳定的 Zr02 (ScSZ),其+ 0.1《x《0.5,金属催化剂的质量百分比含量为10%-60% 之间；所述的电解质为Sm203、 Gd203、 ￥203和/或1^203等稀土氧化物掺杂 的Ce02基电解质，其掺杂的摩尔百分比含量为10%-50%之间；该电解质合 成方法可釆用共沉淀法、水热合成法、柠檬酸法、燃烧法和甘氨酸法。铈 基电解质膜层可釆用干压法、刮膜法、流延法或等离子喷涂法等方法制备 到阳极基底上，其厚度在10微米至60微米之间；烧结温度在1300。C一1450。C 区间范围内；固体氧化物燃料电池阴极可由纯钙钛矿型复合氧化物阴极材料构成， 也可由阴极材料与电解质组成的复合阴极构成，其中，阴极材料的重量百 分比含量为>40%，其可釆用流延法、丝网印刷法、涂敷法、气相沉积法或 等离子喷涂制备，烧结温度在800T— 1000°C区间范围内。所述的阴极材料为BaxSrLxCOyFe,.y03(BSCF, 0<x<l, 0<y<l)或 SmxSr,-xCo03 (SSC, 0<x<0.5 )眷低温高活'li阴极材料。本专利技术的优点为1. 通过在低温电解质与低温阴极之间引入一层由高氧离子电导率电解 质构成的过渡层来改善电解质隔膜的表面结构，该过渡层与电解质和阴极 均有良好的相容性，既与电解质紧密结合，又可嵌入阴极中，可促进电解 质与阴极的接触。2. 该低温固体氧化物燃料电池的制备工艺简单，可釆用多种制膜技术 制备，具体为首先，釆用流延法、干压法或挤出成型法制备阳极/电解质 组件。然后，在电解质膜表面制备中间过渡层；既可以将粒径在2纳米至0.1 微米的高氧离子电导率的电解质与粘结剂均匀混合制成浆料后，通过流延法、丝网印刷法、涂敷法将其制备在电解质与阴极接触的一侧；也可以将 该电解质通过气相沉积法、等离子喷涂等方法直接制备到电解质表面上， 然后烧结在电解质层的表面，最后，在过渡层上制备阴极。3. 采用该方法制备的固体氧化物燃料电池，可通过调节该过渡层的材 料、厚度及焙烧温度，来促进电解质与阴极之间的有效接触，可有效降低 电池在低温操作条件下的界面阻抗，提高电池性能。通过该方法制备的低 温固体氧化物燃料电池，不仅提高了固体氧化物燃料电池的性能，比不加过渡层的电池性能可提高55%以上；而且阴极与电解质膜结合更加稳固可靠，提高电池的运行稳定性和热循环稳定性。4. 本专利技术所述的带电解质过渡层结构的低温固体氧化物燃料电池可用 在平板型、管型及其它各种构型的固体氧化物燃料电池中；适用于多种低 温固体氧化物燃料电池应用领域，如便携式电源、分散电源等。附图说明图l为带电解质过渡层的阳极支撑型低温固体氧化物燃料电池的结构 示意图。下面通过附图，结合实例对本专利技术进行进一步说明具体实施方式实施例l以SDC为过渡层的平板型低温固体氧化物燃料电池如图l所示为带电解质过渡层的阳极支撑型低温固体氧化物燃料电池 的结构示意图，包括阳极基底l，铈基电解质2，电解质过渡层3和阴极4。 采用柠檬酸法合成SDC电解质粉料，其中Sm203的摩尔掺杂量为20。/。。阳极 基底由60。/。的NiO与40。/。的SDC组成。通过干压法制备NiO-SDC/SDC二合一 ，电解质隔膜厚度为20微米，阳极基底厚度为800微米，二合一在145(fC 共烧5小时，得到阳极/电解质组件。通过流延法在SDC电解质一侧制备厚度 为1微米的SDC过渡层，晾干，在低于烧电解质150。C的温度下焙烧1小时， 得到多孔的SDC过渡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温固体氧化物燃料电池三合一组件ＭＥＡ，包括阳极基底（１），铈基电解质（２）和阴极（４），其特征在于：在铈基电解质（２）和阴极（４）之间设置有一层由高氧离子电导率电解质构成的电解质过渡层（３）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程谟杰，闫爱宇，杨敏，董永来，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。