【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，具体地，涉及质子传输型固体氧化物燃料电池单体、电池组及制备方法。
技术介绍
1、燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，在燃料电池电动车、固定电源等新能源领域发展迅猛。固体氧化物燃料电池（sofc）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，因为其发电效率高、衰变慢，综合性能优异，是燃料电池的重要发展方向。
2、固体氧化物燃料电池的结构主要有管状、平板型和整体型三种，其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为sofc的发展趋势，但平板型燃料电池需要密封的面积大、高温密封困难。
3、当前sofc正朝着700℃以下工作温度发展，传统高温型sofc只能采用陶瓷支撑，电池体积大、韧性差，使用韧性更强的金属支撑成为趋势，平板型固体氧化物燃料电池单体主要由设置有燃料气流道的集流体平板、多孔金属支撑体层、阳极层、电解质层和阴极层组成，为了使多孔金属支撑体层有效支撑上面的阳极层、电解质层和阴极层，多孔金属支撑体层的厚度需要在0.8mm以上，多孔金属支撑体层增加了平板型固体燃料电池单体的体积和重量，在单体电池的体积和重量本身较大的前提下，将多个上述单体电池以各种方式(串联、并联、混联)组成燃料电池组后，应用于汽车、无人机等移动系统时非常不方便。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的平板型固体氧化物燃料电池单体，密封困难，燃料电池单体体积和重量大的
2、为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种质子传输型的固体氧化物燃料电池单体，包括：
3、集流体，其上设置有凹槽，所述凹槽从所述集流体的一侧延伸至另一侧；
4、多孔金属涂层，其位于所述凹槽内，覆盖所述凹槽的底部，其中的孔相互连通，孔径为微纳米到微米级别，其孔隙率为10%~50%；
5、阳极涂层，其位于所述凹槽内，其覆盖所述多孔金属涂层；
6、电解质涂层，其部分位于所述凹槽内，其覆盖所述阳极涂层，其边部延伸至所述凹槽边缘的所述集流体的表面上，其覆盖所述凹槽边缘的所述集流体的表面；
7、阴极涂层，其位于所述凹槽内，所述阴极涂层和所述阳极涂层分别位于所述电解质涂层的两侧，所述阴极涂层和所述阳极涂层相对于所述电解质涂层对应设置。
8、在一些优选实施方式中，所述凹槽的横截面为梯形，从所述凹槽的顶部到所述凹槽的底部，所述凹槽的纵截面的面积逐渐缩小。
9、优选地，所述凹槽的底面与侧面的夹角不小于120°。
10、在一些优选实施方式中，所述阳极涂层的边部延伸至所述凹槽的侧面上。
11、在一些优选实施方式中，所述多孔金属涂层的厚度为50μm~150μm。
12、在一些优选实施方式中，所述阳极涂层、电解质涂层和阴极涂层的厚度分别为5μm~50μm，所述阳极涂层、电解质涂层和阴极涂层的孔隙率分别为5%~30%、0.5%~5%和5%~30%。
13、第二方面，本专利技术提供一种由第一方面所述的固体氧化物燃料电池单体串联构成的电池组，所述电池组是由至少两个固体氧化物燃料电池单体串联构成，所述串联的方式是一个所述单体的背离凹槽的一侧与另一个所述单体的凹槽一侧相接触，所述相接触为所述背离凹槽的一侧与所述凹槽一侧的凹槽边缘的集流体的表面的电解质涂层相接触。
14、第三方面，本专利技术提供一种第一方面所述的固体氧化物燃料电池单体的制备方法，所述制备方法包括：
15、在集流体的凹槽的底部进行第一沉积处理，得到多孔金属涂层；所述第一沉积处理的条件包括：采用等离子喷涂进行所述第一沉积处理，金属粉末的粒度为20μm~40μm时，喷涂功率为15kw~25kw，金属粉末的粒度为41μm~70μm时，喷涂功率为26kw~35kw；
16、在所述多孔金属涂层上进行第二沉积处理，得到阳极涂层；
17、在所述阳极涂层上进行第三沉积处理，得到电解质涂层，所述第三沉积处理的沉积过程延伸至所述凹槽边缘的所述集流体的表面上；
18、在所述电解质涂层上，与所述阳极涂层相对应的区域上进行第四沉积处理，得到阴极涂层。
19、在一些优选实施方式中，采用等离子喷涂进行所述第二沉积处理和第四沉积处理，所述第二沉积处理和所述第四沉积处理的条件包括：喷涂功率为25kw~35kw，送粉速率为20g/min~35g/min。
20、在一些优选实施方式中，采用等离子喷涂进行所述第三沉积处理，所述第三沉积处理的条件包括：喷涂功率为40kw~50kw，送粉速率为10g/min~15g/min。
21、本专利技术的质子传输型固体氧化物燃料电池单体，集流体上设置有从一侧延伸至另一侧的凹槽，凹槽内依次设置有多孔金属涂层、阳极涂层、电解质涂层和阴极涂层，多孔金属层为涂层形式，多孔金属涂层中有孔径为微纳米到微米级别的相互连通的孔，孔能够传输燃料气体，由于多孔金属层、阳极层、电解质层和阴极层均位于凹槽内，不向集流体的外部凸出，由于采用带有孔径为微纳米到微米级别的相互连通的孔的多孔金属涂层代替燃料气流道+多孔金属支撑体的结构，本专利技术能够减少质子传输型固体氧化物燃料电池单体的体积和重量，将固体氧化物燃料电池单体组合成电池组后，可以使电池组轻量化。
22、本专利技术的燃料电池，利用电解质涂层的边部延伸至凹槽边缘的集流体的表面上，能阻隔燃料电池气和氧气的直接接触，即燃料气体仅能在多孔金属涂层和阳极涂层中流通，氧气仅能在阴极涂层及其上部流通，无需额外密封层，形成自密封效果，能够省去多孔金属涂层、阳极涂层以及阴极涂层的周边密封流程，降低电池整体的密封难度，简化制备流程。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种质子传输型的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述凹槽（101）的横截面为梯形，从所述凹槽（101）的顶部到所述凹槽（101）的底部，所述凹槽（101）的纵截面的面积逐渐缩小。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述凹槽（101）的底面与侧面的夹角不小于120°。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述阳极涂层（3）的边部延伸至所述凹槽（101）的侧面上。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述多孔金属涂层（2）的厚度为50μm~150μm。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述阳极涂层（3）、电解质涂层（4）和阴极涂层（5）的厚度分别为5μm~50μm，所述阳极涂层（3）、电解质涂层（4）和阴极涂层（5）的孔隙率分别为5%~30%、0.5%~5%和5%~30%。
7.一种由权利要求1~6任一项所述的固体氧化物燃料电池单体串联构
8.权利要求1~6任一项所述的固体氧化物燃料电池单体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用等离子喷涂进行所述第二沉积处理和第四沉积处理，所述第二沉积处理和所述第四沉积处理的条件包括：喷涂功率为25kw~35kw，送粉速率为20g/min~35g/min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，采用等离子喷涂进行所述第三沉积处理，所述第三沉积处理的条件包括：喷涂功率为40kw~50kw，送粉速率为10g/min~15g/min。
...【技术特征摘要】
1.一种质子传输型的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述凹槽（101）的横截面为梯形，从所述凹槽（101）的顶部到所述凹槽（101）的底部，所述凹槽（101）的纵截面的面积逐渐缩小。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述凹槽（101）的底面与侧面的夹角不小于120°。
4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述阳极涂层（3）的边部延伸至所述凹槽（101）的侧面上。
5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述多孔金属涂层（2）的厚度为50μm~150μm。
6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池单体，其特征在于，所述阳极涂层（3）、电解质涂层（4）和阴极涂层（5）...
【专利技术属性】
技术研发人员：原慷，卢晓亮，颜正，庞小肖，彭浩然，
申请(专利权)人：北矿新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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。