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_3

文档序号:9580068阅读:来源:国知局
一种方式对步骤5中所述柔性素胚层进行加工,得到阳极流道层;
步骤7,以阴极流道层的组成材料(例如LSM、LSC、LSCrF、LSCF粉体中的任意一种)为原料,替换步骤3中所述镍基、铜基氧化物的全部,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匀,配成粘度合适的浆料;
步骤8,依次重复步骤4至步骤6,得到阴极流道层;
步骤9,以松油醇作为胶黏剂,依顺序将阳极流道层、合金层、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,得到复合双极板素胚;
步骤10,按照平板式固体氧化物燃料电池堆得装堆要求,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,在电池堆加压加热封接过程中,所述复合双极板素胚将原位转变为所述复合双极板。
[0030]步骤3和/或步骤7中,分散剂重量百分比优选为0.5?10wt%,造孔剂重量百分比优选为5?50wt%,粘结剂重量百分比优选为0.5?10wt%,塑化剂重量百分比优选为0.5?10wt%。溶剂重量百分比优选为(λ 5?40wt%。
[0031]分散剂包括但不限于三乙醇胺、聚丙烯酰胺中的至少一种。造孔剂包括但不限于石墨、糯米粉、小麦粉中的至少一种。粘结剂包括但不限于PVB、聚醚砜、聚酰胺中的至少一种。塑化剂包括但不限于邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二甲酯中的至少一种。溶剂包括但不限于酒精、丁酮、二甲苯、乙酸丁酯中的至少一种。
[0032]应理解,步骤3和步骤7中所采用的添加剂的种类及其比例可以相同,也可以不同。
[0033]步骤4中,柔性素胚带厚度优选为0.08?0.16mm。
[0034]步骤5中,热压时的压强可为5?40MPa,保压时间可为30?120分钟,温度可为65 ?90°C。
[0035]步骤9中,以松油醇为胶黏剂(应理解,胶黏剂不限于松油醇,也可为其它合适的胶黏剂),依顺序将阳极流道层、合金层、阴极流道层组合对齐并粘合为一体,在其上施加5?lOkPa的压强以及在40?85°C温度下保持0.5?2小时,得到所述复合双极板素胚。此时的复合双极板素胚除了由中间硬性致密合金层1提供结构支撑,两侧的阴极流道层2和阳极流道层3中还保留各种有机和无机添加剂,仍保持柔性状态。步骤10中,在将单电池、密封垫以及所述复合双极板素胚一起装配成电池堆时,在电池堆加压加热封接过程中,在其上施加10?40kPa的压强,以1?2°C /min的升温速率,从室温升至750?800°C,并保温0.5?2h。所述半柔性复合双极板素胚将原位转变为复合双极板。在该过程中,在升温过程中,柔性多孔层素胚中的各种有机添加剂及造孔剂燃烧后留下气孔,得到微米-亚微米级线宽尺度的气体传输通道。通过调节步骤3、步骤7中各有机添加剂及造孔剂的比例,可以调节柔性多孔层的孔径大小和孔隙率。
[0036]本发明的优点在于:
1)对于本发明设计的“柔性多孔I硬性致密I柔性多孔”复合结构,其中柔性多孔层包含毫米级和微米-亚微米级两种线宽尺度的气体传输通道,可有效改善反应气在流道层传输中的分布不均匀性问题,尤其是改善“凹槽”区域和“凸道”区域之间反应气存在过大浓度梯度的问题;
2)在本发明设计的双极板结构中,“柔性多孔I硬性致密I柔性多孔”的复合结构设计可有效改善在电池堆装配时,由于应力无法松弛易导致电池堆破裂的问题;
3)在本发明设计的双极板结构中,“柔性多孔I硬性致密I柔性多孔”的复合结构设计可有效改善电池堆中各组件之间的热膨胀系数不匹配的问题;
4)对于本发明设计的半柔性复合双极板,在将双极板与其他组件装配成电池堆时,无需额外添加各种接触材料即可有效保证电池堆各组件之间优良的电接触,既降低了成本,也简化了电池堆结构,同时大大简化了电池堆各组件之间厚度匹配性的问题。
[0037]下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解,以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例,即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择,而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0038]实施例1
半柔性复合双极板的结构设计
根据图1和图2所示设计半柔性复合双极板。如图1和图2所示,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。中间合金层1的尺寸为10cmX lOcmX0.4mm,阳极流道层3和阴极流道层2形成为S形,厚度分别为0.4mm和0.5mm。燃料气流道的宽度为5mm,氧化气流道的宽度为5mm。
[0039]实施例2
制备半柔性复合双极板的硬性合金层
选取430型号的不锈钢,厚度为0.4mm的不锈钢金属平板作为硬性合金基板;
根据实施例1中的结构设计要求,采用激光切割将硬性合金基板加工切割成相应的尺寸,得到硬性合金层。
[0040]实施例3 制备半柔性复合双极板的柔性多孔阳极流道层素胚
称取氧化镍粉体200g,石墨40g,加入到42g无水乙醇和丁酮(按1:1质量比)的混合溶剂中,再添加三乙醇胺8.4g,用滚筒球磨机在125rpm转速下球磨8小时混匀;
再添加PVB14.6g,邻苯二甲酸二丁酯8.6g,用滚筒球磨机在80rpm转速下球磨12小时混匀,得到粘度适中的稳定浆料;
浆料经190目筛网过筛和真空脱泡处理后,倾倒在PET底膜上,随着底膜的带动向前,经过刀高为0.3mm的刮刀后得到厚度均匀的素坯,同时将流延台面加热至85°C,当素坯到达流延台面末端时随着PET底膜一起被卷起;
将素坯从PET底膜上揭下,将7层素坯叠层对齐,在两侧各垫一层PET膜和不锈钢板。放入塑封袋中抽真空处理,目的在于除去层间残余的空气;
放入等静压机中进行热压,其中等静压机压强为40MPa,保压时间为lOmin,温度为80。。;
从塑封袋中取出后,根据实施例1的结构设计要求,对等静压后的素坯进行激光切割,得到柔性多孔阳极流道层素胚。
[0041]实施例4
制备半柔性复合双极板的柔性多孔阴极流道层素胚
称取LaQ.sSra2Co03粉体450g,石墨40g,加入到124g无水乙醇和丁酮(按1:1质量比)的混合溶剂中,再添加三乙醇胺22.2g,用滚筒球磨机在125rpm转速下球磨8小时混匀;再添加PVB47.6g,邻苯二甲酸二丁酯28g,用滚筒球磨机在80rpm转速下球磨12小时混匀,得到粘度适中的稳定浆料;
浆料经190目筛网过筛和真空脱泡处理后,倾倒在PET底膜上,随着底膜的带动向前,经过刀高为0.4mm的刮刀后得到厚度均匀的素坯,同时将流延台面加热至85°C,当素坯到达流延台面末端时随着PET底膜一起被卷起;
将素坯从PET底膜上揭下,将6层素坯叠层对齐,在两侧各垫一层PET膜和不锈钢板。放入塑封袋中抽真空处理,目的在于除去层间残余的空气;
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