專利名稱：一種固體電解質(zhì)氧化物燃料電池陽極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種固體電解質(zhì)氧化物燃料電池的陽極制備方法，具體的說，是在電解質(zhì)上涂敷一層阻擋陽極和電解質(zhì)發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)的阻擋層，然后在電解質(zhì)阻擋層基體上涂敷陽極材料。
背景技術(shù)：
燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化裝置。與傳統(tǒng)電源鉛酸、鎘鎳、鎳氫、鋰離子及鋰聚作為能量儲存器不同，燃料電池作為一種電化學(xué)的能量發(fā)生器，與各種發(fā)電技術(shù)在功能上具有可比性。傳統(tǒng)技術(shù)中，通常以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作為電解質(zhì)，為了得到合理的能量密度，電池一般都在1000℃左右下工作，因?yàn)橹挥性谠摐囟认码娊赓|(zhì)YSZ才具備理想的電導(dǎo)率(大于0.1S·cm-1)，800℃下電導(dǎo)率僅為1000℃下的四分之一。如此高的工作溫度給固體電解質(zhì)氧化物燃料電池(SOFC)帶來一系列在材料、密封和結(jié)構(gòu)上的問題，如電極的燒結(jié)、電解質(zhì)與電極之間的界面化學(xué)擴(kuò)散以及材料之間的熱膨脹匹配和雙極材料選擇困難等，這些問題嚴(yán)重制約了SOFC的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?，F(xiàn)今SOFC特別是平板式SOFC的發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)，是積極開展中溫SOFC的研究，從而解決工作溫度過高而帶來的一系列問題。解決這一問題的關(guān)鍵是在于提高中溫下固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率，途徑之一是采用中溫下(≤800℃)具有較高電導(dǎo)率的新型固體電解質(zhì)。鈣鈦礦氧化物材料鎵酸鑭基固體電解質(zhì)(LSGM)一經(jīng)提出就受到人們的廣泛關(guān)注。
和本發(fā)明相近的現(xiàn)有技術(shù)有選擇Ni和LSGM的復(fù)相金屬陶瓷(Ni-LSGM)作為LSGM的陽極，但是高溫下Ni會向LSGM擴(kuò)散，與LSGM反應(yīng)生成的新相LaNiO3高度絕緣，以Ni-LSGM為陽極，LaCo(Sr)O3為陰極的測試電池主要功率的損失來自陽極極化。另一種技術(shù)引進(jìn)了Sm2O3摻雜的CeO2(SDC)，因?yàn)樗窍∮薪饘傺趸镏须x子電導(dǎo)率最高的(0.0945S·cm-1)，但在SDC和LSGM的復(fù)相金屬陶瓷體系中，SDC與LSGM之間也有反應(yīng)發(fā)生，La2O3會從LSGM向Ce1-xLaxO2-x/2擴(kuò)散，影響電池性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要點(diǎn)之一是在電解質(zhì)和陽極之間涂敷了一層能極大提高電池性能的阻擋層。以La2O3摻雜的CeO2(LDC)作為阻擋層，能夠阻止La從LSGM向CeO2的擴(kuò)散，同時阻止Ni向LSGM擴(kuò)散發(fā)生有害反應(yīng)，阻擋機(jī)制為熱力學(xué)性質(zhì)的阻擋；要點(diǎn)之二在于所制備的陽極為三維電極，電池反應(yīng)的區(qū)域?yàn)槿喾磻?yīng)區(qū)。這是因?yàn)椴捎昧讼⊥裂趸顲eO2作為陽極制備的原料，CeO2作為一種混合離子導(dǎo)體，電池工作的時候反應(yīng)界面不是通常情況的電解質(zhì)和陽極接觸的二維界面，而是深入到陽極內(nèi)部的三相區(qū)域。
本發(fā)明按以下步驟實(shí)現(xiàn)1.預(yù)處理將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)；2.混料用La2O3摻雜CeO2以摩爾比20∶80至50∶50得到合適的配比后，加無水乙醇充分研磨；3.壓片用壓片機(jī)將混料所得的粉末在26MPa下壓制成圓形試片；4.阻擋層燒結(jié)將試片在1450℃燒結(jié)18小時得到阻擋層物質(zhì)；5.陽極燒結(jié)將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比30∶70至60∶40混合后加無水乙醇研磨，然后在1250℃燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于采用了阻擋層從熱力學(xué)上有效的阻擋了界面間的有害化學(xué)反應(yīng)，所制得的陽極空隙率適宜、電導(dǎo)率高、與電解質(zhì)有很好的化學(xué)相容性和熱穩(wěn)定性，能極大的改善電池的電化學(xué)性能及使用壽命，而且成本較低，工藝簡單，容易控制。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)，然后將La2O3和CeO2以摩爾比20∶80混合，混勻后加無水乙醇充分研磨，用壓片機(jī)在26MPa下將所得的粉末壓制成圓形試片，然后在1450℃燒結(jié)18小時得到電解質(zhì)和陽極之間的阻擋層物質(zhì)，再將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比30∶70的比例混合后，加無水乙醇研磨，然后在1250℃下燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。所制得的陽極孔隙率為46％，電導(dǎo)率為971S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為98mV。
實(shí)施例2將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)，然后將La2O3和CeO2以摩爾比30∶70混合，混勻后加無水乙醇充分研磨，用壓片機(jī)在26MPa下將所得的粉末壓制成圓形試片，然后在1450℃燒結(jié)18小時得到電解質(zhì)和陽極之間的阻擋層物質(zhì)，再將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比40∶60的比例混合后，加無水乙醇研磨，然后在1250℃下燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。所制得的陽極孔隙率為44％，電導(dǎo)率為923S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為109mV。
實(shí)施例3將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)，然后將La2O3和CeO2以摩爾比40∶60混合，混勻后加無水乙醇充分研磨，用壓片機(jī)在26MPa下將所得的粉末壓制成圓形試片，然后在1450℃燒結(jié)18小時得到電解質(zhì)和陽極之間的阻擋層物質(zhì)，再將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比50∶50的比例混合后，加無水乙醇研磨，然后在1250℃下燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。所制得的陽極孔隙率為35％，電導(dǎo)率為872S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為126mV。
實(shí)施例4將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)，然后將La2O3和CeO2以摩爾比50∶50混合，混勻后加無水乙醇充分研磨，用壓片機(jī)在26MPa下將所得的粉末壓制成圓形試片，然后在1450℃燒結(jié)18小時得到電解質(zhì)和陽極之間的阻擋層物質(zhì)，再將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比60∶40的比例混合后，加無水乙醇研磨，然后在1250℃下燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。所制得的陽極孔隙率為28％，電導(dǎo)率為803S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為154mV。
權(quán)利要求
1.一種固體電解質(zhì)氧化物燃料電池陽極的制備方法，其特征在于按以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)預(yù)處理將La2O3在1000℃下烘燒12小時以除去雜質(zhì)；(2)混料用La2O3摻雜CeO2以摩爾比20∶80至50∶50得到合適的配比后，加無水乙醇充分研磨；(3)壓片用壓片機(jī)將混料所得的粉末在26MPa下壓制成圓形試片；(4)阻擋層燒結(jié)將試片在1450℃燒結(jié)18小時得到阻擋層物質(zhì)；(5)陽極燒結(jié)將阻擋層物質(zhì)與NiO按質(zhì)量比30∶70至60∶40混合后加無水乙醇研磨，然后在1250℃燒結(jié)2小時得到陽極物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種固體電解質(zhì)氧化物燃料電池陽極的制備方法，該方法包括以下步驟將La
文檔編號H01M4/88GK1661835SQ20041001358
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者孫克寧, 張乃慶, 蔡麗, 劉蘭毅, 周德瑞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)