一种平板式固体氧化物燃料电池用半柔性复合双极板及其制备方法_2

文档序号:9580068阅读:来源:国知局
双极板的制备方法,包括以下步骤:
(1)将阳极流道层的组成材料与有机添加剂及溶剂充分混合均匀,配成第一浆料,通过流延成型制得第一柔性素胚带,将阴极流道层的组成材料与有机添加剂及溶剂充分混合均匀,配成第二浆料,通过流延成型制得第二柔性素胚带;
(2)分别根据阳极流道层和阴极流道层的外围尺寸及厚度要求,将第一柔性素胚带和第二柔性素胚带分别依次经过切片、多层叠片及热压后得到第一柔性素胚层和第二柔性素胚层;
(3)分别根据阳极流道层和阴极流道层的流道设计要求,分别将所述第一柔性素胚层和所述第二柔性素胚层进行裁剪,得到阳极流道层和阴极流道层;
(4)依顺序将所得的阳极流道层、合适尺寸的合金层、所得的阴极流道层组合对齐后粘合为一体,在加压加热条件下保持一段时间,得到所述复合双极板素胚;
(5)按照平板式固体氧化物燃料电池堆的装堆要求,将所述复合双极板素胚装配至电池堆中,在电池堆加压加热密封过程中,所述复合双极板素胚将原位转变为所述复合双极板。
[0016]本发明通过流延成型制备柔性素坯,该柔性素坯中的有机添加剂在加热条件下燃烧后留下气孔,即可得到柔性多孔层,该方法简单易行,成本低廉,可以大规模生产。
[0017]较佳地,步骤(1)中,在第一浆料和/或第二浆料中,有机添加剂包括分散剂、造孔剂、粘结剂、和塑化剂,其中,分散剂重量百分比为0.5?10wt%,造孔剂重量百分比为5?50wt%,粘结剂重量百分比为0.5?10wt%,塑化剂重量百分比为0.5?10wt%,溶剂重量百分比为0.5?40wt %。
[0018]较佳地,步骤(1)中,所述第一柔性素胚带和/或所述第二柔性素胚带的厚度为0.08 ?0.16mm。
[0019]较佳地,步骤(4)中,以松油醇作为胶黏剂,依顺序将所得的阳极流道层、合适尺寸的合金层、所得的阴极流道层组合对齐并粘合为一体,在其上施加5?lOkPa的压强和40?85°C温度下保持0.5?2小时。步骤(5)中,依次将单电池、密封垫和所述复合双极板素胚装配成电池堆,在电池堆加压加热密封过程中,在其上施加10?40kPa的压强,以1?2°C /分钟的升温速率,从室温升至750?80(TC,并保温0.5?2小时,所述复合双极板素胚将原位转变为所述复合双极板。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的复合双极板的阴极流道层侧(正面)的示意图; 图2为本发明的复合双极板的阳极流道层侧(背面)的示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明,应理解,附图及下述实施方式仅用于说明本发明,而非限制本发明。
[0022]本发明一方面提供一种平板式固体氧化物燃料电池用半柔性复合双极板的结构设计,其为“柔性多孔I硬性致密|柔性多孔”的半柔性结构。图1和图2分别示出该半柔性复合双极板的两个侧面的示意图。参见图1和图2,该半柔性复合双极板包括:中间合金层1、一侧阳极流道层3及另一侧阴极流道层2。阳极流道层3及另一侧阴极流道层2分别紧密结合于中间合金层1的两个侧面上。
[0023]中间合金层1为硬性致密合金平板,其材质没有特别限定,包括但不限于铁基、镍基、铬基合金中的任意一种。中间合金层1的形状及大小没有特别限定,可以根据实际需要选择。中间合金层1的厚度优选为0.2?1mm。本发明中,密度较大的合金层的厚度较小,相对于现有技术中双极板较厚的厚度(一般>1_),可以减轻电池堆的重量,减少材料成本和加工成本。
[0024]中间合金层1在其边缘区域可以具有相互独立的燃料气传输孔道4和氧化气传输孔道5。燃料气传输孔道4和氧化气传输孔道5可分别包括多个。阳极流道层3与中间合金层1的边框及氧化气传输孔道5对应位置的周边留有供气体密封用的空白区域。阴极流道层2与中间合金层1的边框及燃料气传输孔道4对应位置的周边留有供气体密封用的空白区域。
[0025]阳极流道层3为具有燃料气流道的柔性多孔层。阳极流道层3中的燃料气传输通道分为两类:一类为毫米级线宽(例如0.5?10_)的宏观气体传输通道区域(即由阳极流道层3的宏观形状形成的燃料气流道),所述宏观气体传输通道的形状不作特殊限定,可根据燃料气流场设计要求作相应调整,例如可为S形、E型、树枝状、点阵型或以上基本构型的复合型等;另一类为微米-亚微米级线宽(例如0.1?50 μ m)的微观气体传输通道区域(即柔性多孔层内部的气孔)。所述微观气体传输通道区域的孔隙率为5%?50%之间可调。若孔隙率小于5%,则难以起到传输气体的作用,若孔隙率大于50%,则增加了这种过高孔隙率结构在高温强还原性气氛中保持长期稳定的难度。
[0026]阴极流道层2为具有氧化气流道的柔性多孔层。阴极流道层2中的氧化气传输通道分为两类:一类为毫米级线宽(例如0.5?10mm)的宏观气体传输通道区域(即由阴极流道层2的宏观形状形成的氧化气流道),所述宏观气体传输通道的形状不作特殊限定,可根据氧化气流场设计要求作相应调整,例如可为S形、E型、树枝状、点阵型或以上基本构型的复合型等;另一类为微米-亚微米级线宽(例如0.1?50 μ m)的微观气体传输通道区域(即柔性多孔层内部的气孔)。所述微观气体传输通道区域的孔隙率为5%?50%之间可调。若孔隙率小于5%,则难以起到传输气体的作用,若孔隙率大于50%,则增加了这种过高孔隙率结构在高温强氧化性气氛中保持长期稳定的难度。
[0027]阳极流道层3的厚度优选为0.2?1_,有利于在保证气体传输通畅的前提下,充分降低材料成本。阴极流道层2的厚度优选为0.2?2mm,有利于在保证气体传输通畅的前提下,充分降低材料成本。整个复合双极板的厚度优选为0.6?4mm。
[0028]阳极流道层3的材质可为镍基氧化物、铜基氧化物、铬基氧化物中的至少一种,目的在于,保证阳极流道层3在高温强还原性气氛下有足够高的电导率。阴极流道层2的材质可为LSM、LSC、LSCrF、LSCF粉体中的任意一种,目的在于,保证阴极流道层2在高温强氧化性气氛下提供足够高的电导率。所述LSM为Lai xSrxMn03,所述LSC为L&1 xSrxCo03,所述LSCrF 为 La!及此 yFey03,所述 LSCF 为 La! xSrxC0l yFey03,0〈x 彡 0.8,0〈y 彡 0.8。
[0029]作为示例,复合双极板的制备方法可包括如下步骤:
步骤1,选取适当厚度的硬性致密合金平板;
步骤2,根据双极板的尺寸要求,将步骤1中所述合金平板切割成所需尺寸,得到半柔性复合双极板的合金层;
步骤3,以阳极流道层的组成材料(例如镍基、铜基、铬基氧化物中的一种或全部)为原料,与适当比例的分散剂、造孔剂、粘结剂、塑化剂及溶剂充分混合均勾,配成粘度合适的浆料;
步骤4,将步骤3中所述浆料通过流延成型制得适当厚度的柔性素胚带;
步骤5,根据阳极流道层的外围尺寸及厚度要求,将步骤4中所述柔性素胚带依次经过切片、多层叠片及热压后得到柔性素胚层;
步骤6,根据阳极流道层的流道设计要求,采用激光切割、线切割、手工裁剪中的任意
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1