。在空气气氛下室温自然干燥。
[0083] 称取两份5g的LaNi。. Ji。. e〇3 (LNT)复合金属氧化物粉体和一份25g的YSZ电解质 粉体。其中一份LNT粉体加入4g粘结剂和0. 25g淀粉造孔剂，球磨后得到重整催化层丝网 印刷浆料；一份LNT粉体与称取的YSZ粉体充分混合，然后加入24g粘结剂和1. 5g淀粉造 孔剂，球磨后得到过渡层丝网印刷浆料；裁取合适面积的电池膜片，利用丝网印刷技术在阳 极电化学活性层上印刷过渡层，厚度控制在50~80 y m ;干燥后在其上印刷重整催化层，厚 度控制在30~60 y m ;干燥后将电池膜片至于高温炉，空气气氛下1400°C锻烧3小时，降温 后得到带有梯度功能阳极的电池膜片。
[0084] 实施例2
[0085] 利用两步烧结成型法，制备梯度功能阳极
[0086] 利用传统方法制备带有电化学反应层的平板电池素巧，干燥后待用。电池素巧为 两层结构，分别为电化学反应层和电解质层，阳极电化学反应层为NiO与SDC的混合物（NiO 与YSZ质量比为1:0. 8)，电解质层材料为纯SDC。电化学反应层厚度约为600~1500 ym， 电解质层厚度约为40~60 y m。空气气氛干燥后电池素巧在1350°C下烧结化，形成电池素 巧的陶瓷结构；还可在1450°C下烧结化形成电池素巧的陶瓷结构。
[0087] 称取两份5g的LaNi。. Ji。. e〇3 (LNT)复合金属氧化物粉体和一份20g的SDC电解质 粉体。其中一份LNT粉体加入7. 5g粘结剂，球磨后得到重整催化层丝网印刷浆料；另外一 份LNT粉体与称取的YSZ粉体充分混合，然后加入37. 5g粘结剂，球磨后得到过渡层丝网印 巧峨料；裁取合适面积的电池膜片素远，利用丝网印刷技术在电化学活性层上印刷过渡层， 厚度控制在30~50 y m ;干燥后在其上印刷重整催化层，厚度控制在20~40 y m ;在空气气 氛下室温自然干燥，干燥后将电池膜片至于高温炉，空气气氛下1250°C锻烧4小时，降温后 得到带有梯度功能阳极的电池膜片。电池膜片还可W在高温炉中空气气氛下llOOC锻烧5 小时，或在高温炉中空气气氛下1200°C锻烧3小时。
[008引下面分别给出共烧结法和两步烧结成型工艺制备梯度功能阳极的不同实施例。具 体见表1。
[0089] 表1制备梯度功能阳极实施例1-5 ;
[0090]
【主权项】
1. 一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，该阳极结构上包括相 互依次叠加的重整催化层、过渡层和电化学反应层； 所述重整催化层的材料为含Ni的金属复合氧化物； 所述过渡层的材料为重整催化层材料与电解质的混合材料； 所述电化学反应层材料为固体氧化物燃料电池用金属陶瓷。
2. 根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所 述含Ni 的金属复合氧化物，为 LaNii_xTix〇3, LaNii_xFex〇3, LaNii_xMnx〇3, LaNi〇3中的至少一种， 其中0<x<l。
3. 根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所 述固体氧化物燃料电池用金属陶瓷，包括Ni - YSZ，Ni - ScSZ，Ni - SDC，Ni - GDC W及Ni -LSGM中至少一种。
4. 根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所 述过渡层的材料中电解质材料为YSZ，ScSZ，SDC，GDC W及LSGM中的至少一种； 所述电解质材料YSZ，ScSZ，SDC，GDC W及LSGM中取材种类分别与固体氧化物燃料电 池用金属陶瓷Ni - YSZ，Ni - ScSZ，Ni - SDC，Ni - GDC W及Ni - LSGM中电解质取材种类相 对应。
5. 根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所 述重整催化层材料与电解质材料按照质量比为1:0. 5~6的比例混合。
6. 根据权利要求1所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极，其特征在于，所 述电化学反应层厚度为50~1000 y m，过渡层厚度为10~100 y m，重整催化层厚度为10~ 100 ym。
7. -种基于权利要求1 - 6任一项所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的 制备方法，其特征在于： 采用传统陶瓷膜成型技术制备带有电化学反应层的电池素巧，在电化学反应层上采用 丝网印刷法、浆料浸溃法中的一种依次制备过渡层和重整催化层，最后采用共烧结工艺或 两步烧结工艺进行烧结成型。
8. 根据权利要求7所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，其特 征在于：所述梯度功能阳极采用共烧结成型工艺，包括下述步骤： 步骤1 ;采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素巧，电池素巧为两层，一 层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解 质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0. 25~1 ; 步骤2 ;在空气气氛下室温自然干燥，得到干燥的电化学反应层的电池素巧； 步骤3 ;将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料； 其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40%~80%，造孔剂在浆料中的质量百 分浓度为1%~10% ;粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19%~59% ; 步骤4 ;将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡 层材料在浆料中的质量百分浓度为40%~80%，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为1 %~ 10% ;粘结剂在浆料中的质量百分浓度为19%~59% ; 所述粘结剂为己基纤维素与松油醇混合物，其中己基纤维素在粘结剂中质量百分浓度 为2%~5% ;所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合； 步骤5 ;然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控 制在30~150 ym ;空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在 20~150 ym ;然后空气气氛下干燥； 步骤6 ;干燥好的电池在1350~1450°C下锻烧3~化，完成梯度功能阳极制备。
9. 根据权利要求7所述的碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的制备方法，其特 征在于；所述梯度功能阳极采用两步烧结成型工艺，包括下述步骤： 步骤1 ;采用传统陶瓷膜成型技术制备电化学反应层的电池素巧，电池素巧为两层，一 层为电化学反应层，一层为纯电解质层；其中电化学反应层的原材料采用NiO材料与电解 质材料的混合材料，NiO材料与电解质材料质量比为1:0. 25~1 ; 步骤2 ;电池素巧在空气气氛下室温自然干燥，然后置于高温炉于1350~1450°C空气 气氛下烧结3~5小时，降温后得到成型的电池素巧的陶瓷结构； 步骤3 ;将重整催化层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到重整催化层丝网印刷浆料； 其中重整催化层材料在浆料中的质量百分浓度为40%~80%，造孔剂在浆料中的质量百 分浓度为0~10% ;粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20%~60% ; 步骤4 ;将过渡层材料、粘结剂、造孔剂混合球磨得到过渡层丝网印刷浆料；其中过渡 层材料在浆料中的质量百分浓度为40 %~80 %，造孔剂在浆料中的质量百分浓度为0~ 10% ;粘结剂在浆料中的质量百分浓度为20%~60% ; 所述粘结剂为己基纤维素与松油醇混合物，其中己基纤维素在粘结剂中质量百分浓度 为2%~5% ;所述造孔剂为淀粉、石墨粉、炭黑中的一种或者几种组合； 步骤5 ;然后在步骤2制备好的电化学反应层上采用丝网印刷法制备过渡层，层厚度控 制在20~150 ym ;空气气氛下干燥后在过渡层上丝网印刷重整催化层浆料，层厚度控制在 15~150 ym ;然后空气气氛下干燥； 步骤6 ;干燥好的电池在1100~1250°C下锻烧3~化，完成梯度功能阳极制备。
10. -种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极的活化方法，其特征在于；活化梯 度功能阳极，实施步骤为： 步骤1 ;将带有梯度功能阳极的S0FC安装好置于高温炉内，阳极侧接入氨气输入与输 出管道； 步骤2 ;在温度升至400°CW上时，开始通入氨气，梯度功能阳极开始还原活化； 步骤3 ;当温度升至电池工作温度600~900°C，维持炉温不变，待电池开路电池升至 1. IV W上时，至此阳极活化完毕。
【专利摘要】本发明公开了一种碳基固体氧化物燃料电池用梯度功能阳极及制备方法，梯度功能阳极包括重整催化层、过渡层和电化学反应层功能层；重整催化层将通入燃料电池阳极的含碳燃料重整为H2与CO，从而避免电化学反应层直接接触含碳燃料，提高阳极抗碳沉积性能；电化学反应层是H2与CO进行电化学反应发电的场所；过渡层是匹配重整催化层与电化学反应层的热膨胀，保持重整催化层的结构和附着性。本发明在于重整催化层采用含Ni复合金属氧化物，在阳极原性气氛中经过活化过程，释放出纳米级Ni催化活性位点，同时引入金属氧化物助剂和载体作用以及未分解基体的锚钉作用来增强阳极抗积碳能力。本发明制备方法简单，适合大规模生产。
【IPC分类】H01M4-90, H01M4-88, H01M4-96
【公开号】CN104638277
【申请号】CN201510051217
【发明人】邵乐, 沈晓辉, 田占元, 范瑞娟, 赵生荣
【申请人】陕西煤业化工技术研究院有限责任公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月30日