专利名称：中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜及其制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术，特别提供了一种可用作中温固体氧化物燃料电池阳极的多孔陶瓷材料。
固体氧化物燃料电池(SOFC)是八十年代迅速发展起来的新型燃料电池技术。SOFC实际上是将化学能直接转化为电能的陶瓷装置。其中平板式SOFC制备方法往往是先制备氧化钇稳定氧化锆(YSZ)薄板，然后在YSZ薄板两面分别印刷多孔阳极、阴极膜而成的。这样由于使用YSZ薄板(厚度＞150μm)从而要求其工作温度为900～1000℃，才能有效地降低由于YSZ电阻所造成的电池内阻，而900～1000℃的工作温度对无机密封材料和双极连接材料要求则过于苛刻。而如果能够将电池的工作温度降至800℃，则材料的稳定性问题就容易解决得多，解决这一问题关键在于降低固体电解质的电阻。其有效途径是制备薄膜型YSZ固体电解质以取代板材YSZ。而这就要求有多孔陶瓷作为基底材料，从而制备出单电池的核心部件。
本发明的目的在于提供一种高强度、大渗透率、高电导率的阳极材料，在其上印刷YSZ薄膜和阴极材料，可使电池工作温度降低至800℃，从而降低了无机密封和双极连接材料的选择要求，使得固体氧化物燃料电池进入商品化阶段。
本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜，其特征在于该阳极基膜为以NiO和YSZ复合的多孔陶瓷材料，其中NiO的重量占30～80％，平均孔径为30～60，孔隙率为30～50％，基膜厚度为0.5～5mm。
本发明还提供了上述中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜的制备技术，其特征在于按下述步骤进行-按成品需要称取120～360目的NiO粉和100nm～100μm的YSZ粉作原料，再以原料重的2～20％称取增孔剂；-上述物料充分混合压制成型；-在300～1350℃温度范围内常压升温烧结；-在含H25～50％的H2+N2气氛中常压，温度800～950℃，时间1～3小时还原处理。
此外，在本发明烧结过程中，最好以10～30℃/min速率升温，各段温度及保温时间为300℃/2h,1000℃/1h,1350℃/2～6h，自然冷却至室温。
本发明制备技术中，增孔剂可以选择为活性炭粉、碳黑、淀粉、甲基纤维素。
如果在本发明的中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜上依次印刷固体电解质YSZ，阴极材料即可制备出中温固体氧化物燃料电池。
本发明制备多孔Ni-YSZ阳极基膜，为中温SOFC提供了基底材料，并且是良好的阳极材料。这一工艺使中温SOFC得以研制，从而解决由于工作温度过高而限制了无机密封和双极连接材料的选择这一难题，为中温SOFC商业化应用提供必备的阳极材料。
下面通过实施例详述本发明。
实例1所用NiO为Ni(NO3)2.6H2O(分析纯)经150℃/1h,300℃/1b,500℃/2h,800℃/2h程序烧结后研磨(120～360目)而得。所用YSZ为商品粗粉。样品NYSZ-12,按比例NiO∶YSZ粗粉∶淀粉=(40wt％∶60wt％)∶10(wt)％混合均匀后，干压成型(20MPa，保压2分钟)，烧结温度为1350℃，保温时间为2～6小时。
NYSZ-12多孔陶瓷性能表征显气孔率 36％烧成收缩率 16.38％渗透率(×10-8m8(STP)/m2.sec.Pa,) 3.7电导率(S.cm-1) 很小机械强度(公斤/cm2) ＞600实例2所用NiO为Ni(NO3)2.6H2O(分析纯)经150℃/1h,300℃/1h,500℃/2h,800℃/2h程序烧结后研磨(120～360目)而得。所用YSZ为商品粗粉。样品NYSZ-22，按比例NiO∶YSZ粗粉∶活性炭粉=(50wt％∶50wt％)∶10(wt)％混合均匀后，干压成型(20MPa，保压2分钟)，烧结温度为1350℃，保温时间为2～6小时。
NYSZ-22多孔陶瓷性能表征显气孔率36％烧成收缩率 16.38％渗透率(×10-8m3(STP)/m2.sec.Pa,) 3.7电导率(S.cm-1) 86.5机械强度(公斤/cm2) ＞600实例3所用NiO为Ni(NO3)2.6H2O(分析纯)经150℃/1h,300℃/1h,500℃/2h,800℃/2h程序烧结后研磨(120～360目)而得。所用YSZ为商品粗粉。样品NYSZ-32,按比例NiO∶YSZ粗粉∶淀粉=(56wt％∶44wt％)∶10(wt)％混合均匀后，干压成型(20MPa，保压2分钟)，烧结温度为1350℃，保温时间为2～6小时。
NYSZ-32多孔陶瓷性能表征显气孔率 44.6％烧成收缩率5.56％渗透率(×10-8m3(STP)/m2.sec.Pa,)6.7电导率(S.cm-1)554机械强度(公斤/cm2)＞600实例4所用NiO为Ni(NO3)2.6H2O(分析纯)经150℃/1h,300℃/1h,500℃/2h,800℃/2h程序烧结后研磨(120～260目)而得。所用YSZ超细粉由化学共沉淀法制得以ZrOCl2.2H2O(分析纯)，Y2O3(99.99％)为原料，以氨水为沉淀剂。样品NYSZ-42，按比例NiO∶YSZ细粉∶淀粉=(40wt％∶60wt％)∶10(wt)％混合均匀后，干压成型(20MPa，保压2分钟)，烧结温度为1350℃，保温时间为2～6小时。
NYSZ-42多孔陶瓷性能表征显气孔率 41.9％烧成收缩率 13.14％渗透率(×10-8m3(STP)/m2.sec.Pa,) 7.8电导率(S.cm-1) 277机械强度(公斤/cm2) ＞600实例5样品NYSZ-52，按比例NiO∶YSZ细粉∶碳黑=(40wt％∶60wt％)∶10(wt)％混合均匀后，干压成型(20MPa，保压2分钟)，烧结温度为1350℃，保温时间为2～6小时。
NYSZ-52多孔陶瓷性能表征显气孔率43.1％烧成收缩率 16.23％渗透率(×10-8m3(STP)/m2.sec.Pa,) 4.3电导率(S.cm-1) 254机械强度(公斤/cm2) ＞600
权利要求
1．一种中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜，其特征在于该阳极基膜为以NiO和YSZ复合的多孔陶瓷材料，其中NiO的重量占30～80％，平均孔径为30～60，孔隙率为30～50％，基膜厚度为0.5～5mm。
2．一种权利要求1所述中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜的制备技术，其特征在于按下述步骤进行-按成品需要称取120～360目的NiO粉和100nm～100μm的YSZ粉作原料，再以原料重的2～20％称取增孔剂；-上述物料充分混合压制成型；-在300～1350℃温度范围内常压升温烧结；-在含H25～50％的H2+N2气氛中常压，温度800～950℃，时间1～3小时还原处理。
3．按权利要求2所述中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜制备，其特征在于在烧结过程中以10～30℃/min速率升温，各段温度及保温时间为300℃/2h,1000℃/1h,1350℃/2～6h，自然冷却至室温。
4．按权利要求2所述中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜制备，其特征在于增孔剂选择为活性炭粉、碳黑、淀粉、甲基纤维素。
5．在中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜上依次印刷固体电解质YSZ，阴极材料制备中温固体氧化物燃料电池。
全文摘要
一种中温固体氧化物燃料电池的阳极基膜,其特征在于:该阳极基膜为以NiO和YSZ复合的多孔陶瓷材料,其中NiO的重量占30～80%,平均孔径为30～60A,孔隙率为30～50%,基膜厚度为0.5～5mm。本发明提供了一种高强度、大渗透率、高电导率的阳极材料,在其上印刷YSZ薄膜和阴极材料,可使电池工作温度降低至800℃,从而降低了无机密封和双极连接材料的选择要求,使得固体氧化物燃料电池进入商品化阶段。
文档编号H01M4/88GK1226090SQ98113759
公开日1999年8月18日 申请日期1998年2月12日 优先权日1998年2月12日
发明者曹化强, 江义, 卢自桂, 阎景旺 申请人:中国科学院大连化学物理研究所