专利名称：一种固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池的电解质隔膜的制备方法，尤其是一种固体氧化物燃料电池的电解质隔膜的制备方法。
背景技术：
固体氧化物燃料电池(SOFC)的单电池，是在固体氧化物电解质隔膜的两个面上配置阳极和阴极制成，其电解质隔膜制造方法有轧膜成型和流延成型两种。采用轧膜成型方法生产出来的燃料电池电解质隔膜存在密度不均匀、机械强度差等问题，严重影响了电解质隔膜的使用性能。采用流延成型方法生产出来的燃料电池电解质隔膜，因为所使用的全稳定二氧化锆的粉体比表面积大，容易出现流延开裂等质量缺陷，且对制造环境的气候非常敏感，在一般湿度环境中，当流延厚度超过0.2mm时，此缺陷更加容易产生。因而将电解质隔膜作为支撑基板受到限制。
发明内容
本发明提供一种固体氧化物燃料电池的电解质隔膜的制备方法，能较好地克服上述所存在的缺陷，所制作电解质隔膜基板产品强度高，并且不会因为制作环境气候的变化而影响质量。
本发明所采用的技术方案是，一种固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法，按以下步骤进行
(1)以加有稳定剂的氧化锆(ZrO2)为电解质材料，加入成型助剂后投入球磨机中分散13～24小时，再加入PVB溶液继续混磨13～24小时得到浆料；(2)将该浆料在9.5×104～105Pa的负压环境下保持10～30分钟进行真空脱泡，并持续6～12小时的陈腐处理；(3)进行流延制成生膜带，再经模具裁剪成生膜片；(4)将生膜片按所需要的厚度叠层2～3层，然后放入静水压机中以压力30～60MPa、温度50～90℃的条件下进行压合成坯片，压合时间为20～40分钟；(5)将坯片作表面粗化处理，再冲切成型；(6)将成型的坯片装窑烧结。
所述稳定剂为3～10mol％氧化钪(Sc2O3)和0.5～2mol％氧化铈(CeO2)；或3～10mol％氧化钇(Y2O3)；或0～8mol％氧化钪和3～6mol％氧化钇。
所述成型助剂包括分散剂和甲苯、异丙醇混合溶剂。分散剂和溶剂加入量分别占电解质材料的0.5～3.0％和30～50％，PVB溶液加入量为30～45％。
本发明所采用的制备燃料电池电解质隔膜方法，不受制作环境温度和湿度变化的影响，不会因为流延厚度增加而导致坯带的开裂。所生产出来的电解质隔膜结构致密、高温电导率高、机械强度高。本发明适合于工厂规模化生产，可提高生产效率，降低成本，环境污染较小。
具体实施例方式
实施例1称量以3～10mol％氧化钪(Sc2O3)和0.5～1mol％氧化铈(CeO2)为稳定剂的氧化锆(ZrO2)材料，将其与预先配制好的甲苯、异丙醇、分散剂等成型助剂一起投入到球磨机中分散13～24小时。然后，加入适当的PVB溶液，继续混磨13～24小时后出浆。把该浆料经真空脱泡和陈腐处理，并测量粘度合格，再进行流延。流延出来的生膜带经模具冲切成形，经叠层3层、然后在静水压机中以35MPa的压力下压合30分钟，并表面粗化处理，最后烧结和质量检验后成为产品。所制成燃料电池电解质隔膜的规格为99.5mm×99.5mm，厚度为0.30mm，正表面粗糙度为0.4～1.0μm，背表面粗糙度为0.2～0.6μm，翘曲度≤0.05/25.4mm，体积密度6.0g/cm3。
实施例2称量以8mol％氧化钇(Y2O3)为稳定剂的氧化锆(ZrO2)材料，经与实施例1相同的工艺环节处理后成为产品。所制成燃料电池电解质隔膜的规格为300mm×300mm，厚度为0.05～0.3mm，正表面粗糙度Ra为0.4～1.0μm，背表面粗糙度为0.2～0.6μm，翘曲度≤0.06/25.4mm。体积密度为5.9g/cm3。
实施例3称量0～8moL％氧化钪(Sc2O3)和3～6mol％氧化钇(Y2O3)为稳定剂的氧化锆(ZrO2)材料，将其与预先配制好的甲苯、异丙醇、分散剂等成型助剂一起投入到球磨机中分散13～24小时。然后，加入适当的PVB溶液，继续混磨13～24小时后出浆。把该浆料经真空脱泡和陈腐处理，并测量粘度合格，再进行流延。流延出来的生膜带经模具冲切成圆环形，经叠层2层、然后在静水压机中以35MPa的压力下压合30分钟，并表面粗化处理，最后烧结和质量检验后成为产品。电解质隔膜内径为20mm、外径为120mm、厚度为140μm，正表面粗糙度为0.4～1.0μm，背表面粗糙度Ra为0.2～0.6μm，翘曲度≤0.08/25.4mm。体积密度为6.0g/cm3。
权利要求
1.一种固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法，其特征在于按以下步骤实现(1)以加有稳定剂的氧化锆(ZrO2)为电解质材料，加入成型助剂后投入球磨机中分散13～24小时，再加入PVB溶液继续混磨13～24小时得到浆料；(2)将该浆料在9.5×104～105Pa的负压环境下保持10～30分钟进行真空脱泡，并持续6～12小时的陈腐处理；(3)进行流延制成生膜带，再经模具裁剪成生膜片；(4)将生膜片按所需要的厚度叠层2～3层，然后放入静水压机中以压力30～60MPa、温度50～90℃的条件下进行压合成坯片，压合时间为20～40分钟；(5)将坯片作表面粗化处理，再冲切成型；(6)将成型的坯片装窑烧结。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法，其特征在于所述稳定剂为3～10mol％氧化钪(Sc2O3)和0.5～2mol％氧化铈(CeO2)；或3～10mol％氧化钇(Y2O3)；或0～8mol％氧化钪和3～6mol％氧化钇。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法，其特征在于所述成型助剂包括分散剂和甲苯、异丙醇混合溶剂；分散剂和溶剂加入量分别占电解质材料的0.5～3.0％和30～50％，PVB溶液加入量为30～45％。
全文摘要
一种固体氧化物燃料电池电解质隔膜的制备方法，按以下步骤实现(1)以加有稳定剂的氧化锆为电解质材料，加入成型助剂后投入球磨机中分散，再加入PVB溶液继续混磨得到浆料；(2)将该浆料进行真空脱泡和陈腐处理；(3)进行流延制成生膜带，再经模具裁剪成生膜片；(4)将生膜片按所需要的厚度叠层，然后放入静水压机中压合成坯片，并同时作表面粗化处理，再冲切成型；(5)将成型的坯片装窑烧结。本发明所采用的制备燃料电池电解质隔膜方法，不受制作环境温度和湿度变化的影响，不会因为流延厚度增加而导致坯带的开裂。所生产出来的电解质隔膜结构致密、高温电导率高、机械强度高。
文档编号C08J5/22GK1794486SQ20051012131
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月26日 优先权日2005年12月26日
发明者谢灿生 申请人:潮州三环(集团)股份有限公司