【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池(sofc)，具体是指一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)是一个能量转化装置，可以将化学能直接转换为电能，传统sofc阴极和阳极由不同材料组成，这种结构的电池不仅制备过程复杂，而且在三相界面(triplephaseboundary,tpb)也存在相界面(阴极/电解质界面和阳极/电解质界面)相容性问题。有人提出了一种阳极和阴极均由相同材料制成的sofc(即对称固体氧化物燃料电池(symmetrical solidoxide fuel cell，ssofc))，与传统的sofc相比，因使用相同的材料作为电极，简化了电池的制备过程，且减少了电极和电解质之间的相容性问题；此外，将阴阳极气体互相切换还可以消除碳沉积造成的电池性能下降。但传统的ssofc通常采用的是电解质支撑的结构，因为电池需要一定的强度，导致电解质较厚，欧姆阻抗较高，电池的电化学性能较低；为了进一步提升电池的性能，提出了电极支撑的ssofc电池结构，电极支撑型电池的支撑体制备时加入一定量的造孔剂，比如，淀粉、石墨和碳粉等，孔隙的形成有利于气体的传输，由于传统造孔剂造的孔不规则且贯通性较差，会严重阻碍气体扩散，导致电池性能较差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，通过该方法制备的固体氧化物电池能够有效增强气体在孔道中的扩散，增加电池的电化学性能，并且可以极大减薄电解质厚度，降低欧姆阻抗，制备
2、为实现上述目的，本专利技术一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，包括以下步骤：
3、s1：配置溶液i：将溶剂n-甲基-2-吡咯烷酮、粘结剂聚醚砜、和分散剂聚乙烯吡咯烷酮k-30、按照一定质量比加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量锆珠，行星球磨24h获得溶液i；
4、s2：配制相转化3ysz流延浆料：将3ysz粉体和溶液i按质量比加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量的锆珠，在滚动球磨机中球磨20h，然后在球磨罐中加入粉体质量3％～5％的石墨，最后球磨1h获得相转化3ysz流延浆料；
5、s3：配制相转化ssz流延浆料：将ssz粉体和溶液i按质量比加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量的锆珠，在滚动球磨机中球磨20h，，然后在球磨罐中加入粉体质量30％石墨和淀粉，最后在球磨机中球磨1h获得相转化ssz流延浆料；
6、s4：将步骤s2、步骤s3得到的两种浆料在真空泵中处理30～40min，首先用1000μm的刀高将3ysz浆料流延在玻璃板上，然后用1300μm的刀高将ssz浆料流延在3ysz上，立即将玻璃板放入到水槽中，在水中转化12h，得到3ysz|ssz双层直孔的素胚i；
7、s5：将步骤s4获得的素胚i裁成直径为20mm的圆片，将裁成的圆片放在80℃的烘箱中烘干3h得到干燥的素胚ii；
8、s6：配置ssz电解质溶液：将ssz、有机溶剂、分散剂和粘结剂放入球磨罐中，以锆珠为球磨介质，得到ssz电解质溶液；
9、s7：配置五层对称结构的骨架：将步骤s6获得的ssz电解质溶液均匀的滴涂在两块圆形素胚ii的ssz皮肤层，再将两块素胚ii的ssz皮肤层面对面贴合在一起，用重量为2kg的重物压制，在80℃烘箱中干燥15min后，在放置在1300℃高温炉中烧结4h，得到3ysz直孔|ssz直孔||ssz电解质||ssz直孔|3ysz直孔的五层对称结构骨架；
10、s8：配置浸渍液pr0.6ba0.1sr0.3fe0.8ni0.2o3-δ(pbsfn)：配置0.2mol/l浸渍液，首先将化学计量比的pr(no3)3·6h2o、sr(no3)2、ba(no3)2、fe(no3)3·9h2o、ni(no3)3·6h2o溶于适量水中，加入硝酸盐总质量5％聚乙烯吡咯烷酮k-30，最后加入甘氨酸，其中加入甘氨酸和浸渍液中硝酸根的摩尔比为1∶1，不断搅拌直至完全溶解；
11、s9:制备五层ssofc：将步骤s8的浸渍液采用少量多次的方法浸渍到步骤s6得到的五层对称结构骨架中，每浸渍一次要在450℃中烧结2h，称重直至电池骨架质量的14％，然后在850℃烧结2h，得到浸渍后3ysz-pbsfn|ssz-pbsfn||ssz||ssz-pbsfn|3ysz-pbsfn的五层ssofc。
12、作为专利技术进一步的方案：步骤s1中，溶剂、粘结剂、分散剂的质量比为20:4：0.35。
13、作为专利技术进一步的方案：步骤s2中的质量比是1:0.46。
14、作为专利技术进一步的方案：步骤s3中的质量比是1:0.46，石墨和淀粉的质量比是1.61。
15、作为专利技术进一步的方案：在步骤s9后，在陶瓷支撑体内灌入导电率较高的浆料，包括贵金属ag、au、pd一种或者几种组合；或者是具有较高导电率的钙钛矿氧化物浆料，并且该钙钛氧化物在氢气中稳定且和3ysz、ssz化学适配性好。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述3ysz是3％y2o3掺杂的zro2，分子式y0.058zr0.942o1.971，所述ssz是sc稳定zro2，分子式为sc0.18zr0.82o1.91。
17、作为本专利技术进一步的方案：步骤s7中形成的五层对称结构骨架，其中3ysz层是40～60μm的直通孔结构，ssz层是5～20μm的直通孔结构。
18、作为本专利技术进一步的方案：与ssz电解质层接触的ssz表层的小孔作为浸渍颗粒和电解质的三相反应界面。
19、与现有技术相比，本专利技术采用机械强度高的3ysz作为支撑层，通过双层相转化流延3ysz/ssz直通孔支撑体，再结合流延、共烧结的工艺，一体化制备了5层对称结构的ssofc，该电池骨架是3ysz直孔|ssz直孔||ssz电解质||ssz直孔|3ysz直孔的五层对称结构骨架；该骨架的对称直通孔结构能够有效的增强气体在孔道中的扩散，降低结构中孔隙的曲折度，降低了气体扩散阻力，从而增加电池的电化学性能；该电极支撑型ssofc可以极大减薄电解质的厚度，降低欧姆阻抗，提高电池的电化学性能；采用3ysz作为支撑的直通孔，能够有效的保证电池的机械强度。此外，本专利技术通过工艺控制，可获得直通孔孔径从5～60μm不等的直孔，本专利技术工艺简单，有利于大尺寸电池的生产和商业化的应用。
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1.一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，溶剂、粘结剂、分散剂的质量比为20:4：0.35。
3.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤S2中的质量比是1:0.46。
4.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中的质量比是1:0.46，石墨和淀粉的质量比是1.6：1。
5.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，在步骤S9后，在陶瓷支撑体内灌入导电率较高的浆料，所述浆料包括贵金属Ag、Au、Pd一种或者几种组合；或者是具有较高导电率的钙钛矿氧化物浆料，并且该钙钛氧化物在氢气中稳定且和3YSZ、SSZ化学适配性好。
6.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述3YSZ是3％Y2O3掺杂的ZrO2，分子式Y0.058Zr0.942O1.97
7.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中形成的五层对称结构骨架，其中3YSZ层是40～60μm的直通孔结构，SSZ层是5～20μm的直通孔结构。
8.根据权利要求1或5所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，与SSZ电解质层接触的SSZ表层的小孔作为浸渍颗粒和电解质的三相反应界面。
...【技术特征摘要】
1.一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤s1中，溶剂、粘结剂、分散剂的质量比为20:4：0.35。
3.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤s2中的质量比是1:0.46。
4.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，步骤s3中的质量比是1:0.46，石墨和淀粉的质量比是1.6：1。
5.根据权利要求1所述的一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，在步骤s9后，在陶瓷支撑体内灌入导电率较高的浆料，所述浆料包括贵金属ag、au、pd一种或者几种组合；或者是具有较高...
【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，吴英豪，郑国柱，陈婷，耿玉翠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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