一种固体氧化物燃料电池阴极的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种固体氧化物燃料电池阴极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：将复合硝酸盐溶于蒸馏水中得到阴极材料溶液，然后加入造泡剂、造孔剂，经搅拌溶解得到阴极混合离子溶液；第二步：将阳极支撑电解质层的半电池片放置于温度为150～400℃的加热台上，然后将阴极混合离子溶液喷涂到电解质层表面制得阴极涂层；第三步：将带有阴极涂层的电池片放置到电炉中，在700℃～1000℃的条件下锻烧2～5小时，制得燃料电池阴极。本发明将阴极粉体制备和阴极浆料制备过程合二为一，采用直接将阴极材料溶液喷涂到电解质上面，可以有效的省去阴极粉体的制备过程，烧结温度比较低，达到节能减排的目的，因此具有广阔的市场空间。
【专利说明】一种固体氧化物燃料电池阴极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固体燃料电池【技术领域】，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，能源的消耗，资源的枯竭，人类迫切需要寻求一种高效的电能生 产方法，固体氧化物燃料电池具有环保、高效等特点，可以以各种碳氢化合物作为燃料发 电，是未来理想的电能转换设备。目前固体氧化物燃料电池主要有阳极、阴极、电解质材 料构成，阳极为氧化镍和电解质（YSZ/GDC/SDC)的复合材料构成，电解质材料为氧化钇掺 杂氧化锆（YSZ)氧化钪掺杂氧化铈（SDC)氧化鎵掺杂氧化铈（GDC)材料构成。阴极多为 Lai_xSrxMn03、Lai_ x SrxC〇Q.8FeQ.20 3_6、Β&1_χ5ι·χ(： 〇(ι.8Ρθα203_6 材料。传统固体氧化物燃料电池 的电池制备方法是将阳极材料与电解质涂层在1400°C左右烧结制备阳极支撑型半电池， 然后将阴极浆料通过喷涂、刷涂、印刷等方法负载到半电池上，然后通过高温烧结制备全电 池。传统的阴极材料制备包括两个步骤，如附图1所示：阴极粉体的制备和阴极涂层的制 备：（1)阴极粉体制备一般采用喷雾裂解、溶胶凝胶法、固相法将阴极材料的无机盐溶液进 行沉淀、在800°C以上进行烧结制备阴极粉体；（2)阴极涂层的制备为将阴极粉体与粘结 齐U、溶剂混合制备成混合浆料，然后采用丝网印刷，或者喷涂的方法负载到电解质上，然后 通过1200?1400°C烧结制备阴极涂层。两个过程都要对材料进行800°C?1300°C的高温 烧结，因此这两个过程都耗能、污染环境，不适合国家节能减排和对环境保护的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本较低、节能环保的固体氧化物燃料电 池阴极的制备方法。
[0004] 本发明通过以下技术方案予以实现：一种固体氧化物燃料电池阴极的制备方法， 其特征在于包括以下步骤： 第一步：将复合硝酸盐溶于蒸馏水中得到阴极材料溶液，然后加入造泡剂、造孔剂，经 搅拌溶解得到阴极混合离子溶液； 第二步：将阳极支撑电解质层的半电池片放置于温度为150?400°C的加热台上，然后 将阴极混合离子溶液喷涂到电解质层表面制得阴极涂层； 第三步：将带有阴极涂层的电池片放置到电炉中，在700?1000°C的条件下锻烧2?5 小时，制得燃料电池阴极。
[0005] 所述阳极支撑电解质层的半电池片的阳极为氧化镍与电解质混合烧结的陶瓷材 料，所述电解质为YSZ或⑶C或SDC材料中的一种或二种。
[0006] 上述复合硝酸盐为硝酸镧、硝酸钴、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钡中三种以上的混合物。
[0007] 上述阴极材料溶液的摩尔浓度为1?lOmolL'
[0008] 上述造泡剂为碳酸氢氨、三乙醇胺、尿素中的一种。
[0009] 上述造泡剂的用量为复合硝酸盐重量的0. 5?5%。
[0010] 上述造孔剂为石墨、PMMA中的一种。
[0011] 上述造孔剂的粒径为〇. 1?l〇Mm,用量为复合硝酸盐重量的1?20%。
[0012] 上述阴极涂层的厚度为15?35Mm。
[0013] 本发明通过直接将硝酸盐喷涂到S0FC电池电解质表层，可以利用高温溶剂在 100?300°C快速挥发，直接析出阴极材料粉体，并且随着溶剂挥发，形成阴极涂层多孔结 构，该电极在700?KKKTC高温进行一步烧结，同样可以制备具有多孔结构的高效阴极材 料。该设计先进之处在于阴极溶液在100?300°C会强烈挥发，产生多孔的阴极气泡，同时 起到造孔的作用。将阴极粉体制备和阴极浆料制备过程合二为一，可以有效的省去阴极粉 体的制备过程，烧结温度比较低，达到节能减排的目的，有效的解决了目前常用中温固体氧 化物燃料电池阴涂层结构制备复杂，与电解质脱落，需在高温下反应等问题，因此具有广阔 的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为目前阴极材料制备的工艺流程图。
[0015] 图2为本发明阴极材料制备的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1 : 一、 依照化学式Laa8SrQ.2Mn03，按化学计量比配制La(N0 3)3、Sr(N03)2、Μη(Ν03) 2的混合 溶液，然后加入硝酸盐质量比为1%的碳酸氢氨造泡剂，加入硝酸盐质量比为10%、粒径为 8Mffl的PMMA造孔剂，溶液超声搅拌均匀，配置金属离子混合溶液，硝酸盐溶液的金属离子总 浓度为1 molL-1 ; 二、 将阳极支撑电解质Ni〇-YSZ/YSZ的半电池片，按照阳极朝下，电解质朝上的方式放 置与加热台上，对半电池加热，加热温度为200°C。采用气动喷枪，将阴极混合离子溶液喷 涂到半电池上。喷涂阴极涂层的厚度为20Mm，停止喷涂，将加热台调到800°C，对阴极涂层 进行固化，制备得到Ni〇-YSZ/LSM固体氧化物燃料电池。
[0017] 实施例2: 一、 依照化学式 LawSi^Cc^Fe。』03，按化学计量比配制 La(N03)3、Sr(N03)2、Co(N0 3)2、 Fe(N03)2的混合溶液，然后加入硝酸盐质量比为2%的尿素作为造泡剂，加入硝酸盐质量比 为5%、粒径为5Mm的石墨作为造孔剂，溶液超声搅拌均勻，配置金属离子混合溶液，溶液的 金属离子总浓度为3mol I/1 ; 二、 将阳极支撑电解质Ni〇-YSZ/YSZ/⑶C的半电池片，按照阳极朝下，电解质朝上的方 式放置与加热台上，对半电池加热，加热温度为300°C。采用气动喷枪，将阴极混合离子溶 液喷涂到半电池上。喷涂阴极涂层的厚度为30Mm，停止喷涂，将加热台调到900°C，对阴极 涂层进行固化，制备得到Ni〇-YSZ/ YSZ /⑶C/LSCF固体氧化物燃料电池。
[0018] 实施例3: 一、依照化学式 Ba^Sr^Co^Fea.A，按化学计量比配制 Ba(N03)2、Sr(N03)2、C〇(N0 3)2、 Fe(N03)2混合溶液，然后加入硝酸盐质量比为4%的加入三乙醇氨造泡剂，加入硝酸盐质量 比为15%、粒径为lMm的石墨作为造孔剂，溶液超声搅拌均勻，配置金属离子混合溶液，溶液 的金属离子总浓度为7mol I71 ; 二、将阳极支撑电解质NiO-YSZ/YSZ/⑶C的半电池片，按照阳极朝下，电解质朝上的方 式放置与加热台上，对半电池加热，加热温度为200°C。采用气动喷枪，将阴极混合离子溶 液喷涂到半电池上。喷涂阴极涂层的厚度为20Mm，停止喷涂，将加热台调到1000°C，对阴极 涂层进行固化，制备得到NiO-YSZ YSZ//⑶C/LSCF固体氧化物燃料电池。
【权利要求】
1. 一种固体氧化物燃料电池阴极的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 第一步：将复合硝酸盐溶于蒸馏水中得到阴极材料溶液，然后加入造泡剂、造孔剂，经 搅拌溶解得到阴极混合离子溶液； 第二步：将阳极支撑电解质层的半电池片放置于温度为150?400°C的加热台上，然后 将阴极混合离子溶液喷涂到电解质层表面制得阴极涂层； 第三步：将带有阴极涂层的电池片放置到电炉中，在700?1000°C的条件下锻烧2?5 小时，制得燃料电池阴极。
2. 根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于：所述阳极支撑电解质层的半电池 片的阳极为氧化镍与电解质混合烧结的陶瓷材料，所述电解质为YSZ或GDC或SDC材料中 的一种或二种。
3. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述复合硝酸盐为硝酸镧、硝酸 钴、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钡中三种以上的混合物。
4. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述阴极材料溶液的摩尔浓度 为 1 ?lOmolL、
5. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述造泡剂为碳酸氢氨、三乙醇 胺、尿素中的一种。
6. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述造泡剂的用量为复合硝酸 盐重量的0. 5?5%。
7. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为石墨、PMMA中的一 种。
8. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述造孔剂的粒径为0. 1? l〇Mm,用量为复合硝酸盐重量的1?20%。
9. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述阴极涂层的厚度为10? 35l^n〇
【文档编号】H01M4/88GK104064782SQ201410278689
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月21日 优先权日:2014年6月21日
【发明者】孙良良, 罗凌虹, 吴也凡, 徐序, 石纪军, 程亮 申请人:景德镇陶瓷学院