一种固体氧化物电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种固体氧化物电池及其制备方法，所述制备方法包括准备金属支撑体

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电池
，尤其涉及一种固体氧化物电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]固体氧化物电池
(SOC)
分为固体氧化物燃料电池
(SOFC)
与固体氧化物电解槽
(SOEC)。
其中，
SOFC
是一种可以将燃料，如氢气或甲烷等碳氢化合物中的化学能直接转变为电能的电化学装置，具有高能量转化效率
、
环保
、
静音
、
可模块化等优势，在固定式电站
、
交通运输
、
军事等领域有广泛的应用前景，成为解决能源
、
环境危机的最有潜力的技术方案之一
。
而
SOEC
则可以将电能高效转变为燃料的化学能，对能量高效存储
、
调节能源供应都有重要的意义
。
[0003]在固体氧化物电池中，按支撑体类型可以分为阳极支撑型
、
电解质支撑型和金属支撑型，其中，金属支撑型
SOC(MS
‑
SOC)
已经成为最有商业化潜力的电池类型，具有优异的抗热振能力
、
强度
、
能够在中低温运行
、
实现快速启停等优势，被称为第三代
SOC
技术
。
[0004]在
SOC
的电解质材料中，主要为氧化钆稳定氧化铈
(GDC)、
氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)、
镧锶镓镁
(LSGM)
等，尤其以
GDC
与
YSZ
为主
。
其中
GDC
材料相比与传统氧化钇稳定氧化锆
(YSZ)
材料，有更高的氧离子电导率，可以在中低温
(500℃
～
700℃)
工作，更成为应用于
MS
‑
SOC
电解质的重要材料
。
为实现电解质的致密化，现在
MS
‑
SOC
中，采用烧结温度相对较低的
GDC
作为电解质材料，并掺杂烧结助剂，实现致密化烧结仍然困难，且由于长时间高温烧结，金属支撑体易发生氧化
、
镉扩散等造成电池失效的不利影响
。
[0005]因此为了提升电池性能，常采用磁控溅射
、
电子束物理气相沉积
、
大气等离子喷涂等方式制备电池
。
然而上述制备方式具有效率低
、
电解质致密化程度低等缺点，甚至需要数十小时的连续溅射
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种固体氧化物电池及其制备方法
。
[0007]在第一方面，本专利技术提出了一种固体氧化物电池的制备方法，其包括准备金属支撑体
、
制备阳极层
、
制备电解质层以及制备阴极层
。
[0008]准备金属支撑体：选择带有多个通孔的金属支撑体
。
制备阳极层：在所述金属支撑体上制备出阳极层，以使所述阳极层负载在所述金属支撑体上
。
制备电解质层：采用等离子物理气相沉积设备产生等离子射流；利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热；调整等离子射流出口与所述阳极层的距离，以使所述等离子射流中的液相沉积在所述阳极层上，以制备出电解质层
。
制备阴极层：在所述电解质层上制备出阴极层，以得到固体氧化物电池
。
[0009]进一步地，所述等离子物理气相沉积设备包括工件台
、
真空室
、
工作气体阀门以及电弧发生器
。
所述利用等离子物理气相沉积设备产生等离子射流，包括：将负载在所述金属
支撑体上的所述阳极层装载在所述工件台上，关闭所述真空室；对所述真空室进行抽真空处理，以使所述真空室内的压力达到目标压力；调整所述等离子物理气相沉积设备的喷涂功率和喷涂电流，以使所述喷涂功率达到目标喷涂功率
、
所述喷涂电流达到目标喷涂电流；开启所述工作气体阀门和所述电弧发生器，以向所述所述真空室内提供工作气体并产生等离子射流；在所述电弧发生器发出的电弧稳定后，调整所述工作气体阀门开度，以将工作气体流量调整至目标气体流量
。
[0010]进一步地，所述工作气体包括
Ar、He、H2、N2、O2中的一种或几种
。
其中，在所述工作气体中存在
O2的情况下，氧分压为
10
～
250Pa。
[0011]进一步地，所述利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热，包括：利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热；调整所述工件台的转速，以使所述阳极层的温度达到目标温度，其中，所述目标温度为
300℃
～
1000℃。
[0012]进一步地，所述等离子物理气相沉积设备还包括粉料罐，所述粉料罐用于向所述真空室内送入电解质用粉料，所述调整等离子射流出口与所述阳极层的喷涂距离，以使所述等离子射流中的液相沉积在所述阳极层上，以制备出电解质层，包括：通过载气送料方式，将所述粉料罐中的电解质用粉料送入所述真空室内；调整所述粉料罐的送料速率以及送料载气流量
、
所述工件台的转速以及所述等离子射流出口与所述阳极层的喷涂距离，以使等离子射流中的液相喷涂在所述阳极层上；控制喷涂时间，以制备出电解质层
。
[0013]进一步地，所述制备方法满足以下
a
～
f
中的至少一个条件：
a.
所述粉料罐的送料速率为2～
30g/min
；
b.
所述送料载气流量为
5SLPM
～
30SLPM
；
c.
所述工作台的转速为0～
80rpm
；
d.
所述喷涂时间为
20
～
300s
；
e.
所述载气为氩气；
f.
所述电解质用粉料包括
GDC、YSZ、LSGM
中的至少一种
。
[0014]进一步地，所述等离子射流为锥状发散喷射，所述喷涂距离为
200mm
～
1200mm。
[0015]进一步地，所述调整等离子射流出口与所述阳极层的距离，以使所述等离子射流中的液相沉积在所述阳极层上，以制备出电解质层，还包括：在到达喷涂时间后，停止电解质用粉料的供应
、
关闭电弧发生器；在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，包括：准备金属支撑体：选择带有多个通孔的金属支撑体；制备阳极层：在所述金属支撑体上制备出阳极层，以使所述阳极层负载在所述金属支撑体上；制备电解质层：采用等离子物理气相沉积设备产生等离子射流；利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热；调整等离子射流出口与所述阳极层的喷涂距离，使得所述等离子射流中的液相沉积在所述阳极层上，以制备出电解质层；制备阴极层：在所述电解质层上制备出阴极层，以得到固体氧化物电池
。2.
根据权利要求1所述的固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述等离子物理气相沉积设备包括工件台
、
真空室
、
工作气体阀门以及电弧发生器，所述利用等离子物理气相沉积设备产生等离子射流，包括：将负载在所述金属支撑体上的所述阳极层装载在所述工件台上，关闭所述真空室；对所述真空室进行抽真空处理，以使所述真空室内的压力达到目标压力；调整所述等离子物理气相沉积设备的喷涂功率和喷涂电流，以使所述喷涂功率达到目标喷涂功率
、
所述喷涂电流达到目标喷涂电流；开启所述工作气体阀门和所述电弧发生器，以向所述所述真空室内提供工作气体并产生等离子射流；在所述电弧发生器发出的电弧稳定后，调整所述工作气体阀门开度，以将工作气体流量调整至目标气体流量
。3.
根据权利要求2所述的固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述工作气体包括
Ar、He、H2、N2、O2中的一种或几种；其中，在所述工作气体中存在
O2的情况下，氧分压为
10
～
250Pa。4.
根据权利要求2所述的固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热，包括：利用所述等离子射流对负载在所述金属支撑体上的所述阳极层进行预热；调整所述工件台的转速，以使所述阳极层的温度达到目标温度，其中，所述目标温度为
300℃
～
1000℃。5.
根据权利要求2所述的固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述等离子物理气相沉积设备还包括粉料罐，所述粉料罐用于向所述真空室内送入电解质用粉料，所述调整等离子射流出口与所述阳极层的喷涂距离，以使所述等离子射流中的液相沉积在所述阳极层上，以制备出电解质层，包括：通过载气送料方式，将所述粉料罐中的电解质用粉料送入所述真空室内；调整所述粉料罐的送料速率以及送料载气流量
、
所述工件台的转速以及所述等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏，刘亚迪，陈有鹏，胡浩然，
申请(专利权)人：北京思伟特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：