一种中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜，其特征为：由氧化镍－氧化钇稳定氧化锆（简称ＮｉＯ－ＹＳＺ）金属陶瓷阳极分别和６－１０％氧化钇稳定氧化锆或氧化钪稳定氧化锆或掺杂氧化钆氧化铈（分别简称为８ＹＳＺ或ＳＳＺ或ＣＧＯ）固体电解质两层组成。采用流延叠加，经等静压、共烧结制得阳极支撑固体电解质复合膜。该复合膜尺寸＞１００×１００ｍｍ，其中电解质厚度１０－３０μｍ，阳极厚度０．５－１．５μｍ。本发明专利技术的最大优点是工艺过程简单，制作成本低，可制得大面积所需厚度平整的阳极支撑复合膜，特别适用于平板型固体氧化物燃料电池制备，具有良好的产业化前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于燃料电池材料领域。
技术介绍
固体氧化物燃料电池是将化学能直接转化为电能的高效全固态电化学能量转换装置。其损耗主要集中在电解质材料的内阻损耗。为了提高电池的电流密度和功率密度，又能降低电池的工作温度，在选择高电导率新型电解质材料的同时，必须使用薄膜化制备工艺。众所周知，陶瓷薄膜化的制备工艺很多，如空气等离子喷涂(APS)、电化学气相沉积(EVD)等制备方法尽管可以成型烧结一步到位，但因设备价格昂贵，制作成本高而难以推广应用。流延法则由于工艺简单、成本低廉是最适于制作大面积薄平陶瓷材料的重要工艺方法，对平板型中温固体氧化物燃料电池规模化生产具有广阔的市场前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单实用的固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜。该复合膜由氧化镍-氧化钇稳定氧化锆复合金属陶瓷阳极和重量比6-10％氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)或氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)或掺杂氧化钆的氧化铈(CGO)电解质层两层，通过流延制成，复合膜面积100×100mm2以上，电解质厚度10-30um，阳极厚度0.5-1.5mm。一种中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜的制备方法，其步骤依次为第一步，将按重量比6-10％氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)，掺杂氧化钆的氧化铈(CGO)，分别配上丁酮和乙醇(按2∶1重量比)混合溶剂，1-5wt％三乙醇胺分散剂，用行星式球磨机在0-50Nz(0-530转/分)可控条件下球磨1-3小时混匀。在NiO占40-70wt％的NiO-YSZ混合物中，配上丁酮和乙醇(按2∶1重量比)混合溶剂，1-5wt％三乙醇胺分散剂，用行星式球磨机在0-50Nz(0-530转/分)可控条件下球磨1-3小时混匀。第二步，将上述两种混合后的有机基电解质和阳极浆料分别再配上2-10％邻苯二甲酸二丁酯和聚乙烯醇塑性剂，5-25％聚乙烯醇缩丁醛粘结剂，分别用行星式球磨机在0-50Nz(0-530转/分)可控条件下再球磨2-7小时混匀。第三步，将上述两种混匀的浆料分别经60-80目筛网过筛和真空除气处理后，在流延机上按所需厚度调好刀高分别流延并层叠制成复合膜。第四步，将干燥后的复合膜素坯切割成所需尺寸大小，经真空封装后再以200MPa进行等静压，然后采用热压烧结装置，以30-150℃/h速率升温，在600和1400-1500℃分别保温2-6h，使排塑和烧结一次完成。最后经检验合格、磨方、涂烧阴极制成中温固体氧化物燃料电池PEN后进行性能检测。本专利技术的优点在于1、工艺简单。可根据需要，很方便地调整流延刀的宽度来扩大流延膜的宽度。2、效率高。可实行批量生产。3、质量好。已研制出平整的符合使用要求的阳极支撑的复合膜。附图说明图1为烧成的Ni-YSZ/YSZ、Ni-YSZ/SSZ、Ni-YSZ/CGO复合膜照片。图2为其中一种复合膜(Ni-YSZ/SSZ)断面的SEM照片。具体实施例方式实施例1固体氧化物燃料电池阳极支撑的复合膜素坯制备分别称取30g8YSZ为8％氧化钇稳定的氧化锆(商业)；SSZ为氧化钪稳定的氧化锆(自制)；CGO为掺杂氧化钆的氧化铈(商业)，称取65gNiO为绿色NiO(商业)由黑色NiO经800℃分解得到，35gYSZ，再分别配上丁酮和乙醇(按2∶1重量比)混合溶剂，1.5％和2.8％三乙醇胺分散剂，用行星式球磨机在50Nz(400转/分)可控条件下球磨1小时混匀。然后再配上2.25％和8％邻苯二甲酸二丁酯和聚乙烯醇200塑性剂，2.4％和12％聚乙烯醇缩丁醛粘结剂，再用行星式球磨机在50Nz(400转/分)可控条件下再球磨2小时混匀。经80目及60目筛网过筛和真空除气处理后，在流延机上按调好的刀高依次逐层流延制成复合膜素坯。固体氧化物燃料电池阳极支撑的复合膜烧成将干燥等静压后的素坯膜采用热压烧结装置，以30℃/h速率升温至600℃保温2h，然后以120℃/h速率升温至1500℃保温4h，再以80℃/h速率降温至700℃后自然降温，使排塑和烧结一次完成。图1为烧成的Ni-YSZ/YSZ、Ni-YSZ/SSZ、Ni-YSZ/CGO复合膜照片，图2为其中一种复合膜(Ni-YSZ/SSZ)断面的SEM照片。可见电解质膜厚约为20微米，基本致密；阳极为多孔结构，便于反应气体的扩散。固体氧化物燃料电池性能评价测试将Ni-YSZ/YSZ、Ni-YSZ/SSZ、Ni-YSZ/CGO复合膜涂烧LSM(La0.7Sr0.3MnO3)阴极制成固体氧化物燃料电池PEN后以H2为燃料、O2为氧化剂对电池性能进行了测试。三种PEN的性能如下表所示。从表中可看出，其性能排列顺序为Ni-YSZ/CGO＞Ni-YSZ/SSZ＞Ni-YSZ/YSZ。表1三种复合膜构成的PEN性能比较 权利要求1.中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜，其特征在于该复合膜由氧化镍-氧化钇稳定氧化锆复合金属陶瓷阳极和重量比为6-10％氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)或氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)或掺杂氧化钆的氧化铈(CGO)电解质层两层组成，通过流延制成，复合膜面积100×100mm2以上，电解质厚度10-30um，阳极厚度0.5-1.5mm。2.按权利要求1所述的中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜的其制备方法，包括下述步骤(1)将按重量比6-10％氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，氧化钪稳定的氧化锆(SSZ)，掺杂氧化钆的氧化铈(CGO)，分别配上丁酮和乙醇混合溶剂，三乙醇胺分散剂，球磨混匀；在NiO占40-70wt％的NiO-YSZ混合物中，配上丁酮和乙醇混合溶剂，三乙醇胺分散剂，球磨混匀；(2)将步骤1两种混合后的浆料分别再配邻苯二甲酸二丁酯和聚乙烯醇塑性剂，聚乙烯醇缩丁醛粘结剂，球磨混匀；(3)将上述两种混匀的浆料分别经60-80目筛网过筛和真空除气处理后，在流延机上按所需厚度调好刀高分别流延并层叠制成复合膜；(4)将干燥后的复合膜素坯切割成所需尺寸大小，经真空封装后再以200MPa进行等静压，然后采用热压烧结装置，排塑和烧结一次完成。3.按权利要求2所述的中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜的其制备方法，其特征在于所述的步骤1球磨的条件为用行星式球磨机在0-50Nz可控条件下球磨1-3小时。4.按权利要求2所述的中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜的其制备方法，其特征在于所述的步骤2球磨的条件用行星式球磨机在0-50Nz可控条件下再球磨2-7小时。5.按权利要2或3或4所述的中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜的其制备方法，其特征在于所述的排塑和烧结的条件为以30-150℃/h速率升温，在600和1400-1500℃分别保温2-6h。全文摘要一种中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜，其特征为由氧化镍－氧化钇稳定氧化锆(简称NiO－YSZ)金属陶瓷阳极分别和6－10％氧化钇稳定氧化锆或氧化钪稳定氧化锆或掺杂氧化钆氧化铈(分别简称为8YSZ或SSZ或CGO)固体电解质两层组成。采用流延叠加，经等静压、共烧结制得阳极支撑固体电解质复合膜。该复合膜尺寸＞100×100mm，其中电解质厚度10－30μm，阳极厚度0.5－1.本文档来自技高网...
【技术保护点】
中温固体氧化物燃料电池阳极支撑固体电解质复合膜，其特征在于该复合膜由氧化镍－氧化钇稳定氧化锆复合金属陶瓷阳极和重量比为６－１０％氧化钇稳定的氧化锆（ＹＳＺ）或氧化钪稳定的氧化锆（ＳＳＺ）或掺杂氧化钆的氧化铈（ＣＧＯ）电解质层两层组成，通过流延制成，复合膜面积１００×１００ｍｍ↑［２］以上，电解质厚度１０－３０ｕｍ，阳极厚度０．５－１．５ｍｍ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，曹佳弟，王振荣，温廷琏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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。