【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，尤其涉及一种多孔金属-电催化剂复合电极、单电池及其制备方法。
技术介绍
1、电催化材料负载成型是燃料电池
的重要研究方向，其中多孔金属因其高比表面积和优良的电子传输性能，被广泛应用于燃料电池电极材料的制备，从而实现增大电极-电解质-气体三相反应界面、强化传质和增强电池机械强度的目的。电极中电催化材料在低温范围内对氢气氧化反应(hor)和氧气还原反应(orr)均具有良好的催化活性。常用的电催化材料的典型代表有ni0.8co0.15al0.05lio2-δ(ncal)、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o3-δ(lscf)以及la0.5sr0.5fe0.9mo0.1o3-δ(lsfm)等。然而，上述粉末催化剂负载在多孔金属表面时，由于多孔金属/催化剂颗粒以及催化剂颗粒之间的界面结合力不足，往往会遇到粉末脱落的技术难题。
2、此外，低温化质子陶瓷燃料电池因其工作温度低、效率高，有利于产业化，是目前固体氧化物燃料电池领域的前沿研究方向。其中，电解质的选择和制备是关键，半导体离子复合材料因其优良的离子传输性能，被认为是应对低温(300-600℃)挑战的前沿创新电解质材料。大量研究表明，半导体离子复合材料电解质在燃料电池运行环境中以质子传导为主。
3、现有的解决方案主要是通过物理或化学方法，将电催化材料负载在多孔金属表面，然后通过高温烧结等方式，使电催化材料与多孔金属结合紧密。同时，通过选择合适的电解质材料，如半导体离子复合材料，来提高燃料电池的电化学性能。然而，高温烧结方式可能会
技术实现思路
1、本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种多孔金属-电催化剂复合电极、单电池及其制备方法，具体的技术方案如下：
2、本专利技术的第一个目的在于提供一种多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，包括如下具体步骤：
3、(1)多孔金属预处理：将多孔金属依次浸入异丙醇、乙醇和去离子水进行超声清洗、干燥处理；
4、(2)电催化剂浆料制备：将粘结剂和电催化剂依次加入到极性溶剂中，搅拌均匀，得电催化剂浆料；
5、(3)电催化剂浆料的涂覆：将步骤(2)中的电催化剂浆料均匀的涂覆在预处理后的多孔金属表面，得电催化剂涂覆多孔金属；
6、(4)固化成型：将步骤(3)得到的电催化剂涂覆多孔金属置于通风橱中，室温悬空晾干后烘干，得多孔金属-电催化剂复合电极。
7、进一步地，所述步骤(1)中，所述多孔金属包括但不限于泡沫铜、泡沫镍、泡沫镍合金，具有气孔相互连通的网状结构，多孔金属作为支撑催化剂涂层以及集流体。
8、进一步地，所述步骤(1)中，所述多孔金属材质的气孔体积为75～95％，厚度为0.5～3mm，其直径可根据电池大小任意调节。
9、进一步地，所述步骤(1)中，所述超声清洗是在三种介质中均进行3～5次清洗，超声清洗功率为40～100w，每次超声清洗5-10min；所述干燥处理的温度为45～80℃，时间为30～120min。
10、进一步地，所述步骤(2)中，所述极性溶剂为低沸点醇类，包括但不限于松油醇、乙醇、异丙醇或其任意两种或三种的任意比例混合物。
11、进一步地，所述步骤(2)中，所述粘结剂为具有氨基官能团的聚乙烯亚胺(pei)，其分子量范围为600～10000。
12、本专利技术采用聚乙烯亚胺(pei)作为粘结剂，其具有极性基团(氨基)，易溶于极性溶剂，且易与金属和金属氧化物表面的羟基形成氢键，因此可实现电催化剂在多孔金属表面的牢固负载，从而提高燃料电池的电化学性能。
13、进一步地，所述步骤(2)中，所述电催化剂包括但不限于ni0.8co0.15al0.05lio2-δ(ncal)、licoo2(lco)、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o2-δ(lscf)、la0.5sr0.5fe0.9mo0.1o3-δ(lsfm)；为对氢气氧化反应(hor)和氧气还原反应(orr)均具有良好的催化活性。
14、进一步地，所述步骤(2)中，所述粘结剂与电催化剂的质量比为(1～20)：100，浆料的固含量为75％。
15、进一步地，所述电催化剂浆料的具体制备方法，包括以下具体步骤：
16、(a)将称量的粘结剂逐滴加入极性溶剂中，并保持搅拌，搅拌速度为100～1000rpm，搅拌时间为30～120min，以保证粘结剂均匀分散于极性溶剂中；
17、(b)将称量的电催化剂粉末缓慢加入步骤(b)的溶剂中，保持磁力搅拌，搅拌时间为12～24h，以保证形成均匀分散的电催化剂浆料。
18、进一步地，所述步骤(3)中，所述电催化剂的负载量为0.07～0.23g/cm2，使用滴管控制涂覆滴数，以保证负载量保持一致。
19、进一步地，所述步骤(4)中，所述悬空晾干时间为12～24h，所述烘干处理的温度为60～90℃，烘干时间为6～12h。
20、本专利技术的第二个目的在于提供一种由上述方法制备的多孔金属-电催化剂复合电极。
21、本专利技术的第三个目的在于提供一种单电池，包括上述多孔金属-电催化剂复合电极。
22、进一步地，所述单电池的制备方法，包括以下具体步骤：将多孔金属-电催化剂复合电极、半导体离子电解质和多孔金属-电催化剂复合电极依次放入干压模具中，然后转移至粉末压片机干压获得单电池。
23、进一步地，所述半导体离子电解质为在600℃以下具有良好混合离子电子电导率的半导体-离子导体复合电解质，包括但不限于lico0.8fe0.2o2-sm0.05ca0.15ceo2(lcf-sdc)、srtio3-tio2(sto-tio2)、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o2-δ-sm0.2ce0.8o2(lscf-sdc)。
24、本专利技术的单电池的电解质为半导体离子复合材料，且工作温度低于600℃，这不仅降低了工作温度，而且减少了能源消耗。
25、进一步地，所述半导体离子电解质的质量为0.07～0.39g/cm2。
26、进一步地，所述单电池的直径为1.3～20mm。
27、进一步地，所述单电池干压的压力为150～300mpa，保压时间为30～300s。
28、进一步地，所述单电池电化学性能测量，包括以下步骤：
29、(1)升温过程：将安装了单电池的不锈钢夹具放入马弗炉中，在空气氛围中以1～10℃/min的升温速率升温至测试温度；
30、(2)保温过程：在测试温度保温30～60min；
31、(3)电化学性能测量过程：阳极通入燃料气体，阴极通入氧化气体，在低于600℃的温度下进行电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述多孔金属包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫镍合金。
3.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述极性溶剂为低沸点醇类；所述粘结剂为聚乙烯亚胺；所述电催化剂包括Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ(NCAL)、LiCoO2(LCO)、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O2-δ(LSCF)、La0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.1O3-δ(LSFM)。
4.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述粘结剂与电催化剂的质量比为(1～20)：100，电催化剂浆料的固含量为75％。
5.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述电催化剂浆料的具体制备方法，包括以下具体步骤：
6.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电
7.一种如权利要求1-6任一项所述制备方法制得的多孔金属-电催化剂复合电极。
8.一种单电池，其特征在于，包括权利要求7所述的多孔金属-电催化剂复合电极。
9.根据权利要求8所述的单电池，其特征在于，所述单电池的制备方法，包括以下具体步骤：将多孔金属-电催化剂复合电极、半导体离子电解质和多孔金属-电催化剂复合电极依次放入干压模具中，然后转移至粉末压片机干压获得单电池。
10.根据权利要求8所述的单电池，其特征在于，所述半导体离子电解质包括LiCo0.8Fe0.2O2-Sm0.05Ca0.15CeO2、SrTiO3-TiO2、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O2-δ-Sm0.2Ce0.8O2；所述半导体离子电解质的质量为0.07～0.39g/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述多孔金属包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫镍合金。
3.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述极性溶剂为低沸点醇类；所述粘结剂为聚乙烯亚胺；所述电催化剂包括ni0.8co0.15al0.05lio2-δ(ncal)、licoo2(lco)、la0.6sr0.4co0.2fe0.8o2-δ(lscf)、la0.5sr0.5fe0.9mo0.1o3-δ(lsfm)。
4.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述粘结剂与电催化剂的质量比为(1～20)：100，电催化剂浆料的固含量为75％。
5.根据权利要求1所述的多孔金属-电催化剂复合电极的制备方法，其特征在于，所述电催化剂浆料的具...
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