【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池，特别涉及一种一体化结构复合传导型固体氧化物电池及制备方法。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)是一种能够将化学能直接转化为电能的清洁能源转换装置。根据电解质材料传导离子的不同，sofc可分为氧离子导体型(o-sofc)和质子导体型(h-sofc)。传统的高温o-sofc已经发展多年，制备技术成熟，在高温下性能优越。然而，随着电池工作条件向中低温发展，质子导体型sofc(h-sofc)因其更低的工作温度、更小的活化能值和更高的电池效率，得到了广泛关注。但h-sofc目前发展尚不成熟，质子导体材料在高温下的化学稳定性和机械稳定性仍需进一步提升，以确保在长期运行中不发生降解。
2、现有技术，公告号为cn109921079b的中国专利技术专利公开了一种复合型固体氧化物燃料电池及其制备方法，复合电解质层同时具有质子电导和氧离子电导，在中低高温下电解质离子电导都能达到性能要求，复合多孔电解质隔层可以有效阻隔阴极与电解质间的反应，降低界面电阻，双阴极层由电子电导增强层和离子电导增强层组成，极大地降低极化电阻。公告号为cn114843569b的专利技术专利公开了一种质子-氧离子混合导体电解质制备方法、产品以及电池，将sdc引入bzcyyb中并均匀分布，制备质子主导的质子-氧离子混合导体电解质与阳极，降低烧结温度，并且能将少量氧离子传导至阳极并反应生成一定量的水汽，实现阳极的原位加湿，最终能降低生产、运行成本。但上述技术方案存在相应的问题，由于采用了质子导体材料和氧离子导体材料混合制备电解质
技术实现思路
1、针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种一体化结构复合传导型固体氧化物电池及制备方法，通过对质子导体材料和氧离子导体材料的配比和粒径进行限定，制备出更多导通型通路，提高固体氧化物电池的输出功率。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供一种一体化结构复合传导型固体氧化物电池，包括：一体化骨架，所述一体化骨架包括电解质层以及两侧的多孔层，所述一体化骨架由质子导体材料和氧离子导体材料组成，质子导体材料与氧离子导体材料的摩尔比为1：(0.8～1.2)，通过将平均粒径为50-60nm的质子导体材料与平均粒径为0.1-0.2μm的氧离子导体材料混合烧结制备而成；催化剂层，所述催化剂层位于所述多孔层的孔壁。
4、进一步地，所述电解质层和多孔层采用相同质子导体材料和氧离子导体材料且两者摩尔比相同。
5、进一步地，所述质子导体材料包括：bazr1-xyxo3-δ、bazr1-xybxo3-δ、bazr1-x-yceyyxo3-δ、bazr1-x-y-zcezyyybxo3-δ中的一种或多种，其中，0<x<1，0<y<1，0<z<1，0<δ<1。
6、进一步地，所述氧离子导体材料包括：zrxyyo2-δ、cexsmyo2-δ，cexgdyo2-δ、la1-xsrxga1-ymgyo3-δ中的一种或多种，其中，0<x<1，0<y<1，0<δ<1。
7、另一方面，本专利技术提供了上述固体氧化物电池的制备方法，包括：制备一体化骨架；在所述一体化骨架的多孔层内壁制备催化剂层。
8、进一步地，制备一体化骨架包括：制备电解质膜片以及两电极膜片；采用热等静压按照“电极膜片|电解质膜片|电极膜片”成形，得到一体化骨架生坯；将所述一体化骨架生坯烧结，即得所述一体化骨架。
9、进一步地，所述电解质膜片和电极膜片的浆料的制备方法为：按照预设比例称取质子导体材料和氧离子导体材料并混合，加入总粉末质量8％-13％的分散剂，总粉末质量3％-7％的塑化剂以及总粉末质量9％-12％的粘结剂混匀后即得。
10、进一步地，所述分散剂采用三乙醇胺、聚丙烯酸钠和聚氧乙烯中的一种或多种；所述塑化剂和粘结剂采用邻苯二甲酸二辛脂、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯中的一种或多种。
11、进一步地，所述热等静压处理的工艺为：在50-85℃、10-60mpa的压力下，保持至少30min。
12、进一步地，所述烧结的工艺为：以不大于1℃/min升至650-700℃保温至少30min，以不大于3℃/min升至1200-1600℃保温2-20h，随后以不大于5℃/min降至室温。
13、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案带来如下有益效果：
14、(1)本申请对质子导体材料和氧离子导体材料的平均粒径和添加量进行了限定，质子导体材料和氧离子导体材料的平均粒径和添加量决定了两者之间的分布特征，具体的，质子导体材料的粒径偏小，适于h离子的传递，且由于质子导体材料粒径小，表面自由能高，具有较强的吸附能力，可以形成一定的团聚物附着于氧离子导体材料形成的团聚块体表面，烧结后形成通路，但质子导体材料的粒径不宜过小，过小则自身团聚严重，无法烧结形成有效导通型通路；氧离子导体材料的粒径设置较大考虑了氧离子导体材料不宜形成球状团聚物，而是形成异性状团聚物，从而增加氧离子导体材料贯穿电解质两侧通路的概率；其次，上述通路的形成与质子导体材料和氧离子导体材料的配比息息相关，尤其是质子导体材料，若摩尔占比少可能无法形成有效导通型通路，反而导致功率降低；而摩尔占比高，则氧离子导体材料的占比减少，导致氧离子导体材料易形成球状团聚物，降低氧离子通道的有效导通型通路；最后，上述质子导体材料和氧离子导体材料的粒径和配比，可以降低两者之间的热物性不同导致出现裂纹的几率，一体化骨架由于采用两种材料制备而成，且两种材料的选择范围较大，因此需要考虑不同材料之间的热物性差异，本申请通过对质子导体材料和氧离子导体材料的粒径和配比进行限定，可以忽略热物性差异对制备好的一体化骨架的影响。
15、(2)一体化结构质子氧离子复合传导型固体氧化物电池的整体骨架区域实现了氧离子传导方式和质子传导方式两种燃料电池的融合，离子传输通道范围更广，这种融合显著提升了燃料电池的工作效率和适应性，使电池能够在更广泛的温度范围内高效运行，充分利用不同工作条件下的优势，实现更高的燃料利用率。
16、(3)复合导体材料由纳米尺寸的质子导体材料和微米尺寸的氧离子导体材料组成，并在质子导体材料中添加1％质量分数的nio作为助烧剂，通过采用不同粒径的材料颗粒，显著提高了材料的烧结性能，并对材料的机械强度和耐久性有一定的增强。
17、(4)该一体化结构质子氧离子复合传导型固体氧化物电池主体骨架支撑结构为一个整体：这种整体结构确保了电极和电解质层的紧密结合，有效避免了运行过程中可能出现的分离问题，增强了电池的稳定性和耐用性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一所述的固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一体化结构复合传导型固体氧化物电池，其特征在于，
5.根据权利要求1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：童晓峰，孙泽司，陈振林，陈俊宇，王振杰，祝丁昊，张雨檬，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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