【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池和电解池，尤其涉及一种燃料级支撑soc单元及制备方法，适用于片式soc电堆领域应用。
技术介绍
1、固体氧化物电解池(soec)与固体氧化物燃料电池(sofc)本质上互为逆向模式，作为制氢、用氢的电化学能量转换装置，对实现能源结构调整、推进“双碳”目标进程具有重要意义。
2、现有平板式单池单元技术路线主要分为三种：(1)燃料极支撑型；(2)电解质支撑型；(3)金属支撑型。其中，燃料极支撑单池单元通常采用镍基氧化锆作为燃料极材料，掺杂氧化锆和掺杂氧化铈作为电解质材料，支撑体采用流延或注射成型工艺，在其胚体上依次沉积燃料极功能层、电解质或复合电解质，共烧后沉积阴极层，为获得平整、满足组堆要求的单池单元，一般采用烧结盖板压烧和二次整形工艺，以降低热膨胀系数失配的影响，但未能如愿。
3、为此，研发一种燃料级支撑soc单元及制备方法具有十分重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的任务是为了克服现有技术的不足，提供一种燃料级支撑soc单元及制备方法。
2、本专利技术的任务是通过以下技术方案来完成的：
3、燃料级支撑soc单元及制备方法，其中燃料级支撑soc单元结构包括由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为0.25～1mm与孔隙率为20％～55％的燃料极支撑体、由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为10～40μm与孔隙率为20％～45％的燃料极功能层、由掺杂氧化锆制备厚度为4～35μm的第一电解质层、由掺杂氧化铈制备厚度为0.2～
4、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点或效果：
5、因为采用电解质、燃料极功能和部分燃料极支撑层多层流延，所以减少了工艺流程，降低了热压叠层导致电解质层不均匀变形；同时由于燃料极支撑体采用多层胚体叠层热压，可灵活调节材料配比，使得各层材料热膨胀系数梯度匹配，所以能解决单池烧结翘曲、开裂等重要缺陷问题，翘曲高度≤2mm；此外由于电解质为复合电解质，在第一电解层不致密情况下沉积第二电解质层，第二电解层部分渗透到第一电解质层，增加两电解质界面结合界面面积，所以共烧结后能提高复合电解质结合强度，有效提高电池的使用寿命。
6、总之，本专利技术除上述优点或效果外，还具有单元工艺可调性大以及制备成本低、工艺可重复性好、可靠性强等优势。
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1.燃料级支撑SOC单元，其特征在于SOC单元结构包括由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为0.25～1mm与孔隙率为20～55％的燃料极支撑体(100)、由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为10～40μm与孔隙率为20～45％的燃料极功能层(200)、由掺杂氧化锆制备厚度为4～35μm的第一电解质层(300)、由掺杂氧化铈制备厚度为0.2～4μm的第二电解质层(400)和由掺杂氧化铈、钙钛矿型导电材料制备厚度为10～40μm与孔隙率为20％～45％的空气极功能层(500)。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述支撑体(100)为一分部(101)的一层结构或加上二分部(102)、三分部(103)、四分部(104)直至五分部(105)的多层结构。
3.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述掺杂氧化锆的掺杂元素为钇、钪和铈中至少一种。
4.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述支撑体(100)厚度为0.3～0.5mm；孔隙率为30～40％。
5.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述燃料极功能层(200)的厚度为15～25μm，孔隙率为30～4
6.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述第一电解质层(300)厚度为6～15μm。
7.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述第二电解质层(400)厚度为1～2μm。
8.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)的钙钛矿型导电材料为镧锶锰、镧锶钴、镧锶钴铁、镧镍钴中至少一种。
9.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)为掺杂氧化铈和镧锶钴铁。
10.根据权利要求1或8或9所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)厚度为15～25μm，孔隙率为30～40％。
11.用于制备燃料级支撑SOC单元的方法，其特征在于工艺步骤与条件如下：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述燃料级支撑体(100)各层结构生坯经叠层、等静压、烧结后形成单池支撑体，每层单池支撑体分别调整热膨胀系数，厚度方向逐级适配电解质热膨胀系数，达到单池平整。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(1)电解质粉体为掺杂氧化锆，有机溶剂为无水乙醇、甲苯、二甲苯、异丙醇、丙酮、丁酮和乙二醇单丁醚中的至少两种，添加剂为聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素和甲基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、鱼油中的至少一种。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(2)燃料极功能层(200)粉体为掺杂氧化锆、掺杂氧化铈、氧化镍、氧化铜中的至少两种，有机溶剂为无水乙醇、甲苯、二甲苯、异丙醇、丙酮、丁酮和乙二醇单丁醚中的至少两种，添加剂为聚乙烯缩丁醛(、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素和甲基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、鱼油中的至少一种。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(3)燃料极支撑体(100)一分部(101)层粉体为掺杂氧化锆、氧化镍、造孔剂和热膨胀系数调节相，造孔剂为石墨、碳粉、聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉中一种，造孔剂添加量为支撑层粉体重量的6～14％，热膨胀系数调节相为氧化钇、氧化钙、氧化铜、氧化铝、氧化镁、氧化铁、钛酸铝、碳化硅中的至少一种，有机溶剂为无水乙醇、甲苯、二甲苯、异丙醇、丙酮、丁酮和乙二醇单丁醚中的至少两种，添加剂为聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素和甲基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、鱼油中的至少一种。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(4)燃料极支撑体(100)分部(102-105)层粉体为掺杂氧化锆、氧化镍、造孔剂和热膨胀系数调节相，造孔剂为石墨、碳粉、聚甲基丙烯酸甲酯和淀粉中一种，造孔剂添加量为支撑层粉体重量的6％-14％，热膨胀系数调节相为氧化钇、氧化钙、氧化铜、氧化铝、氧化镁、氧化铁、钛酸铝、碳化硅中的至少一种，有机溶剂为无水乙醇、甲苯、二甲苯、异丙醇、丙酮、丁酮和乙二醇单丁醚中的至少两种，添加剂为聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素和甲基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、鱼油中的至少一种。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(9)第二电解质粉体为纳米级掺杂氧化铈、乙酰丙酮铈、硝酸铈、硝酸钆、硝酸钐中至少一种，所用溶剂为甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲氧基丙醇中至少一种，所用添加剂为乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中至少一种。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(11)空气极功能粉体为掺杂氧化铈、钙钛矿型导电材料和造孔剂，钙钛矿型导电材料为镧锶锰...
【技术特征摘要】
1.燃料级支撑soc单元，其特征在于soc单元结构包括由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为0.25～1mm与孔隙率为20～55％的燃料极支撑体(100)、由掺杂氧化锆和氧化镍制备厚度为10～40μm与孔隙率为20～45％的燃料极功能层(200)、由掺杂氧化锆制备厚度为4～35μm的第一电解质层(300)、由掺杂氧化铈制备厚度为0.2～4μm的第二电解质层(400)和由掺杂氧化铈、钙钛矿型导电材料制备厚度为10～40μm与孔隙率为20％～45％的空气极功能层(500)。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述支撑体(100)为一分部(101)的一层结构或加上二分部(102)、三分部(103)、四分部(104)直至五分部(105)的多层结构。
3.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述掺杂氧化锆的掺杂元素为钇、钪和铈中至少一种。
4.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述支撑体(100)厚度为0.3～0.5mm；孔隙率为30～40％。
5.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述燃料极功能层(200)的厚度为15～25μm，孔隙率为30～40％。
6.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述第一电解质层(300)厚度为6～15μm。
7.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述第二电解质层(400)厚度为1～2μm。
8.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)的钙钛矿型导电材料为镧锶锰、镧锶钴、镧锶钴铁、镧镍钴中至少一种。
9.根据权利要求1所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)为掺杂氧化铈和镧锶钴铁。
10.根据权利要求1或8或9所述的单元，其特征是所述空气极功能层(500)厚度为15～25μm，孔隙率为30～40％。
11.用于制备燃料级支撑soc单元的方法，其特征在于工艺步骤与条件如下：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述燃料级支撑体(100)各层结构生坯经叠层、等静压、烧结后形成单池支撑体，每层单池支撑体分别调整热膨胀系数，厚度方向逐级适配电解质热膨胀系数，达到单池平整。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征是所述步骤(1)电解质粉体为掺杂氧化锆，有机溶剂为无水乙醇、甲苯、二甲苯、异丙醇、丙酮、丁酮和乙二醇单丁醚中的至少两种，添加剂为聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、乙基纤维素和甲基纤维素、邻苯二甲酸二丁酯、鱼...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐磊，刘瑛，辛小超，江一凡，罗远松，
申请(专利权)人：紫金矿业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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