專利名稱：燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，涉及一種新型燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將燃料(如氫氣、天然氣、甲醇等)和氧化劑(氧氣或空氣)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，燃料電池沒有燃燒和機(jī)械過程，不受卡諾循環(huán)限制，能量利用率高，對環(huán)境友好，而且安靜、可靠，對電力的質(zhì)量有良好的保證，是公認(rèn)的高效綠色能源。
釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)抗氧化還原的穩(wěn)定性好，在高溫下具有足夠高的氧離子電導(dǎo)率，機(jī)械性能良好，是應(yīng)用最為廣泛的固體氧化物燃料電池(簡稱SOFC)電解質(zhì)材料。但傳統(tǒng)的以YSZ作電解質(zhì)的自支撐型SOFC，因需要在高溫(1000℃)下使用，易使電極/電解質(zhì)、電極/雙極板發(fā)生界面反應(yīng)，造成電池性能衰變，影響電池的使用壽命，同時還對密封連接材料提出了更加苛刻的要求，而且高的操作溫度使得電池的制造和運(yùn)行成本也偏高。所以低溫化是SOFC的發(fā)展趨勢。但是在較低的操作溫度下，YSZ電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低，作為單體電池的支撐體，將會帶來較大的歐姆損失。發(fā)展電極支撐電解質(zhì)型燃料電池，減小電解質(zhì)的厚度，以增大中溫下燃料電池的輸出功率密度，具有重要意義。
電極支撐電解質(zhì)型平板SOFC分為陽極支撐型與陰極支撐型兩種。與陰極支撐型相比，陽極支撐型允許達(dá)到獲得致密電解質(zhì)層所必需的高的燒結(jié)溫度，而不會使得電極由于過分燒結(jié)產(chǎn)生孔隙率下降導(dǎo)致由氣體擴(kuò)散引起的能量損失。采用陰極支撐型電池結(jié)構(gòu)，則必須設(shè)法在陰極基底中造孔，并保證在高溫制備電解質(zhì)薄膜的過程中其孔隙不被燒結(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用多孔氧化鋁薄膜合成具有立體結(jié)構(gòu)的電極材料，提高催化劑的利用率，保證SOFC單體電池具有高的輸出性能。
本發(fā)明的燃料電池的結(jié)構(gòu)，它依次由陽極—電解質(zhì)薄膜—陰極三層構(gòu)成平板型燃料電池的結(jié)構(gòu)；陽極或者陰極或者陽極和陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)；多孔氧化鋁薄膜厚度為5-1000微米，其中的微孔為貫穿孔，孔徑尺寸在10納米至500微米范圍；處于中間層的電解質(zhì)薄膜材料的厚度為1-500μm。
多孔氧化鋁薄膜為陽極電極支撐結(jié)構(gòu)的如圖1所示結(jié)構(gòu)；多孔氧化鋁薄膜為陰極電極支撐結(jié)構(gòu)的如圖2所示結(jié)構(gòu)；多孔氧化鋁薄膜分別為陽極和陰極電極支撐結(jié)構(gòu)的如圖3所示結(jié)構(gòu)。
對于如圖1和圖2所示結(jié)構(gòu)的電池，其陽極或陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)，另一電極的厚度為5-5000微米。
本發(fā)明的燃料電池的制備方法，包括以下步驟第一步在多孔氧化鋁薄膜的微孔中制備電極材料合成陽極材料為鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯(Ni-YSZ)；合成陰極材料為鍶摻雜的錳酸鑭-釔穩(wěn)定氧化鋯(LSM-YSZ)；第二步在微孔中已經(jīng)制備出電極材料的多孔氧化鋁薄膜表面上制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜在一種或多種混合有機(jī)溶劑中加入YSZ粉料，有機(jī)溶劑的量為YSZ粉料體積的1-10倍，然后加入分散劑和粘合劑，分散劑加入量為粉料質(zhì)量的0.1-10％，粘合劑加入量為粉料質(zhì)量的3-60％，待分散均勻后形成粘稠的漿料；將漿料均勻涂布在多孔氧化鋁薄膜表面上，干燥后再在600-1600℃的溫度下燒結(jié)0.5-6小時；第三步有二種方法進(jìn)行第三步的電池制造過程。
方法之一是在完成了第二步制造過程的電解質(zhì)薄膜之上再制備另一電極構(gòu)成平板型中溫固體氧化物燃料電池三合一組件在YSZ電解質(zhì)薄膜的表面上制備一層鍶摻雜的錳酸鑭-釔穩(wěn)定氧化鋯復(fù)合陰極薄膜，如圖1結(jié)構(gòu)；或在YSZ電解質(zhì)薄膜表面上制備一層鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯Ni-YSZ復(fù)合陽極薄膜，如圖2結(jié)構(gòu)；方法之二是將二個分別在氧化鋁薄膜的微孔中已經(jīng)擔(dān)載了陽極材料Ni-YSZ和陰極材料LSM-YSZ并完成了第二步電解質(zhì)漿料涂敷過程的單片，將電解質(zhì)薄膜一側(cè)相互對接，如圖3結(jié)構(gòu)，在600-1600℃的溫度下燒結(jié)0.5-6小時使YSZ薄膜致密化并相互結(jié)合牢固。
上述的在多孔氧化鋁薄膜的微孔中合成陰極材料或者陽極材料的方法，可以采用溶膠—凝膠法，或者化學(xué)氣相沉積法，或者物理氣相沉積法，或者液相電化學(xué)沉積法，或者液相化學(xué)沉積法，或者上述方法中的一種或者多種的結(jié)合，或者上述方法與焙燒法的結(jié)合，等等。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明提供的燃料電池結(jié)構(gòu)的制備方法在多孔氧化鋁薄膜的微孔中合成陽極材料鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯(Ni-YSZ)。然后將YSZ粉末加入到一定量的乙醇等有機(jī)溶劑中，并加入適量的分散劑和粘合劑，制成漿料；將漿料均勻涂布于多孔氧化鋁薄膜的一側(cè)，然后在高溫下焙燒使YSZ薄膜致密化；在YSZ薄膜的表面上采用絲網(wǎng)印刷的方法或者噴射法或者涂敷法制備一層鍶摻雜的錳酸鑭-釔穩(wěn)定氧化鋯(LSM-YSZ)復(fù)合陰極薄膜，在高溫下焙燒使之與YSZ電解質(zhì)薄膜牢固結(jié)合。其結(jié)構(gòu)示意于圖1。
或者先在多孔氧化鋁薄膜的微孔中合成陰極材料LSM-YSZ。然后將YSZ粉末加入到一定量的乙醇等有機(jī)溶劑中，并加入適量的分散劑和粘合劑，制成漿料；將漿料均勻涂布于多孔氧化鋁膜的一側(cè)，然后在高溫下焙燒使YSZ薄膜致密化；在YSZ薄膜的表面上采用絲網(wǎng)印刷的方法或者噴射法或者涂敷法制備一層鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯Ni-YSZ復(fù)合陽極薄膜，在高溫下焙燒使之與YSZ電解質(zhì)薄膜牢固結(jié)合。其結(jié)構(gòu)示意于圖2。
或者分別在兩個多孔氧化鋁薄膜的微孔中分別合成陽極材料Ni-YSZ和陰極材料LSM-YSZ。然后將YSZ粉末加入到一定量的乙醇等有機(jī)溶劑中，并加入適量的分散劑和粘合劑，制成漿料；將漿料分別涂布于擔(dān)載陽極材料Ni-YSZ的多孔氧化鋁薄膜和擔(dān)載陰極材料LSM-YSZ的多孔氧化鋁薄膜的一側(cè)，然后將兩者粘合，在高溫下焙燒使YSZ薄膜致密化，并與氧化鋁薄膜牢固結(jié)合。其結(jié)構(gòu)示意于圖3。
采用上述方法制造出的具有陽極—電解質(zhì)—陰極三合一立體結(jié)構(gòu)的電極組成單體電池的輸出性能較傳統(tǒng)方法制備的電極組成單體電池的輸出性能有很大提高。
多孔薄膜的制造方法，可以是高溫?zé)Y(jié)法，或者陽極氧化法，或者是微光刻蝕的方法，或者是離子束刻蝕的方法，或者是模板法，或者是以上二種或者多種方法的結(jié)合。
在多孔氧化鋁薄膜的微孔內(nèi)制備電極材料的方法，可以采用溶膠—凝膠法，或者化學(xué)氣相沉積法，或者物理氣相沉積法，或者液相電化學(xué)沉積法，或者液相化學(xué)沉積法，或者上述方法中的一種或者多種的結(jié)合，或者上述方法與焙燒法的結(jié)合，等等。
在上述制備方法中，所使用的有機(jī)溶劑可以是乙醛、乙醚、乙醇、丙酮、2-丁酮、苯酚、甲醛、硝基苯中的一種或幾種的組合，加入量為粉料體積的1-10倍。
在上述制備方法中，所使用的粘合劑為聚苯胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯中的一種或幾種的組合，加入量為粉料質(zhì)量的3-60％。
在上述制備方法中，所使用的分散劑為三油酸甘油酯、聚乙二醇、氯化三甲基十二烷基銨、氯化十八烷基二甲基芐基胺、氯化十四烷酰胺丙基二甲基芐基胺、聚丙烯酸及其鹽類、聚甲基丙烯酸及其鹽類、海藻酸鈉、海藻酸銨、木質(zhì)碳酸鈉、石油磺酸鈉中的一種或幾種的組合，加入量為粉料質(zhì)量的0.1-10％。
在電解質(zhì)薄膜上制備另一電極構(gòu)成平板型中溫SOFC三合一組件的方法如下采用絲網(wǎng)印刷法或者噴射法或者涂敷法，直接在電解質(zhì)薄膜表面制備厚度在5-5000微米范圍的另一電極，構(gòu)成平板電極三合一組件；或者在另一多孔氧化鋁薄膜的微孔中先合成另一電極，然后在多孔氧化鋁薄膜表面均勻涂布YSZ漿料，將其與前述方法制備的電極-電解質(zhì)粘合，構(gòu)成平板電極三合一組件。
本發(fā)明中作為電解質(zhì)支撐體的多孔氧化鋁薄膜內(nèi)既可以擔(dān)載陽極材料，也可以擔(dān)載陰極材料。
本發(fā)明中的支撐型電解質(zhì)薄膜材料可為YSZ，Sr、Mg摻雜的LaGaO3(LSGM)，Y2O3摻雜的CeO2(YDC)等，其厚度為1-500μm。
本發(fā)明中的陽極材料可為Ni-YSZ，Ni-Sm2O3摻雜的CeO2(SDC)或Ni-Gd2O3摻雜的CeO2(GDC)等，其厚度為5-5000μm。
本發(fā)明中的陰極材料可為LSM-YSZ，La1-xSrxCoO3-δ，Sm1-xSrxCoO3-δ，Dy1-xSrxCoO3-δ，La1-xSrxCo1-yFeyO3，Pr0.7Sr0.3MnO3，Nd0.7Sr0.3MnO3等，其厚度為5-5000μm。
本發(fā)明中合成的具有三位一體這種立體結(jié)構(gòu)的電極，可大幅度提高陽極和陰極催化劑的利用率，保證SOFC單體電池具有高的輸出性能。同時該方法既能分別制備出陽極或者陰極支撐型的SOFC，又能制備出陽極和陰極均為支撐型的SOFC，而且避免了電極制備過程中的造孔步驟，從而簡化了單體電池的制備工藝，優(yōu)化了電池結(jié)構(gòu)。不僅如此，本發(fā)明的合成具有立體結(jié)構(gòu)電極的方法還可用于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、磷酸鹽燃料電池(PAFC)膜電極的制備。
圖1陽極支撐型平板SOFC電極結(jié)構(gòu)分解圖；圖2陰極支撐型平板SOFC電極結(jié)構(gòu)分解圖；圖3復(fù)合支撐型平板SOFC電極結(jié)構(gòu)分解圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。
實例1如圖1所示的陽極支撐型平板SOFC電極三合一組件結(jié)構(gòu)的制備方法采用溶膠—凝膠法，將ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O按摩爾比Zr∶Y＝0.84∶0.16配成水溶液，加入摩爾比為1∶1的乙二醇和甘氨酸攪拌形成溶膠。將多孔氧化鋁薄膜浸入上述溶膠中，待多孔氧化鋁薄膜的微孔中浸滿溶膠后取出，在85℃下干燥形成凝膠。然后將其放入600℃的熱處理爐中焙燒3小時，即在氧化鋁多孔膜微孔的孔壁上附著了一層YSZ薄膜。將Ni(NO3)2·6H2O溶于去離子水中制成水溶液，把微孔內(nèi)附著有YSZ的多孔氧化鋁薄膜浸入該溶液中，待氧化鋁薄膜的微孔中浸滿溶液后取出、干燥，然后放入700℃的熱處理爐中加熱4小時，使微孔中的Ni(NO3)2分解為NiO。重復(fù)上述步驟多次至多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載的NiO與YSZ的摩爾比大于1.2∶1。完成上述步驟后，將氧化鋁薄膜放入高溫爐內(nèi)，在1000℃下焙燒2小時，完成在多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載陽極材料的制作過程。
將100g的YSZ納米粉料加入到20mL的乙醇、丙酮混合溶液中，再加入2mL的三油酸甘油酯，攪拌混合均勻后，再加入聚乙烯醇形成漿料。聚乙烯醇的加入量為粉料質(zhì)量的40％。將混合好的漿料涂敷于已擔(dān)載有陽極材料的多孔氧化鋁薄膜的表面，干燥后在氧化性氣氛中、于900℃下燒結(jié)6小時，即在已擔(dān)載有陽極催化劑的多孔氧化鋁薄膜表面制備出YSZ電解質(zhì)薄膜，厚度為50μm。
將LSM和YSZ按摩爾比1∶1混合均勻后取出，加入15mL的2-丁酮和占粉料質(zhì)量50％的環(huán)氧樹脂攪拌形成漿料。采用絲網(wǎng)印刷法在YSZ電解質(zhì)薄膜之上制備一層LSM-YSZ復(fù)合陰極，厚度為15μm。
將經(jīng)上述工藝過程制作出的陽極-電解質(zhì)-陰極結(jié)構(gòu)放入焙燒爐中，在800℃下焙燒2小時，獲得陽極支撐型平板SOFC膜電極三合一組件。
實例2如圖2所示的陰極支撐型平板SOFC電極三合一組件結(jié)構(gòu)的制備方法采用溶膠—凝膠法，將ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O按摩爾比Zr∶Y＝0.80∶0.20配成水溶液，加入摩爾比為1∶1乙二醇和甘氨酸攪拌形成溶膠。將多孔氧化鋁薄膜浸入上述溶膠中，待多孔氧化鋁薄膜的微孔中浸滿溶膠后取出，在85℃下干燥形成凝膠。然后將其放入700℃的熱處理爐中焙燒2小時，即在氧化鋁多孔膜微孔的孔壁上附著了一層YSZ薄膜。將La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2·6H2O的粉末按摩爾比La∶Sr∶Mn＝0.6∶0.4∶1配成水溶液，并將檸檬酸和乙二醇以摩爾比1∶1.2的比例加入上述硝酸鹽溶液，攪拌形成溶膠。把微孔內(nèi)附著有YSZ的多孔氧化鋁薄膜浸入該溶膠中，取出后在80℃下干燥形成凝膠，然后放入800℃的熱處理爐中加熱3小時，在微孔中生成LSM。重復(fù)上述步驟多次至多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載的LSM與YSZ的摩爾比大于1∶1。完成上述步驟后，將氧化鋁薄膜放入高溫爐內(nèi)，在1200℃下焙燒1小時，完成在多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載陰極材料的制作過程。
將100g的YSZ納米粉料加入到20mL的乙醇溶液中，再加入2mL的聚丙烯酸，攪拌均勻后，再加入聚乙烯醇形成漿料。聚乙烯醇的加入量為粉料質(zhì)量的10％。將混合好的漿料涂敷于已擔(dān)載有陰極材料的多孔氧化鋁薄膜的表面，干燥后在氧化性氣氛中、于1200℃下燒結(jié)3小時，即在已擔(dān)載有陰極催化劑的多孔氧化鋁薄膜表面制備出YSZ電解質(zhì)薄膜，厚度為30μm。
將NiO和YSZ按摩爾比1.2∶1混合均勻后取出，加入10mL的乙醛和占粉料質(zhì)量10％的聚乙烯醇攪拌形成漿料。采用絲網(wǎng)印刷法在YSZ電解質(zhì)薄膜之上制備一層NiO-YSZ復(fù)合陽極，厚度為30μm。
將經(jīng)上述工藝過程制作出的陽極-電解質(zhì)-陰極結(jié)構(gòu)放入焙燒爐中，在1000℃下焙燒1小時，獲得平板式SOFC膜電極三合一組件。
實例3如圖3所示復(fù)合支撐型平板SOFC膜電極三合一組件結(jié)構(gòu)的制備方法采用溶膠—凝膠法，將ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O按摩爾比Zr∶Y＝0.88∶0.12配成水溶液，加入摩爾比為1∶1的乙二醇和甘氨酸攪拌形成溶膠。將多孔氧化鋁薄膜浸入上述溶膠中，待多孔氧化鋁薄膜的微孔中浸滿溶膠后取出，在85℃下干燥形成凝膠。然后將其放入600℃的熱處理爐中焙燒3小時，即在氧化鋁多孔膜微孔的孔壁上附著了一層YSZ薄膜。
將Ni(NO3)2·6H2O溶于去離子水中制成水溶液，把微孔內(nèi)附著有YSZ的多孔氧化鋁薄膜浸入該溶液中，待氧化鋁薄膜的微孔中浸滿溶液后取出、干燥，然后放入700℃的熱處理爐中加熱4小時，使微孔中的Ni(NO3)2分解為NiO。重復(fù)上述步驟多次至多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載的NiO與YSZ的摩爾比大于1.2∶1。完成上述步驟后，將氧化鋁薄膜放入高溫爐內(nèi)，在1000℃下焙燒2小時，完成在多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載陽極材料的制作過程。
將La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2·6H2O的粉末按摩爾比La∶Sr∶Mn＝0.6∶0.4∶1配成水溶液，并將檸檬酸和乙二醇以摩爾比1∶1.2的比例加入上述硝酸鹽溶液，攪拌形成溶膠。把微孔內(nèi)附著有YSZ的多孔氧化鋁薄膜浸入該溶膠中，取出后在80℃下干燥形成凝膠，然后放入800℃的熱處理爐中加熱3小時，使微孔中生成LSM。重復(fù)上述步驟多次至多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載的LSM與YSZ的摩爾比大于1∶1。完成上述步驟后，將氧化鋁薄膜放入高溫爐內(nèi)，在1200℃下焙燒1小時，完成在多孔氧化鋁薄膜的微孔中擔(dān)載陰極材料的制作過程。
將100g的YSZ納米粉料加入到20mL的乙醇、丙酮混合溶液中，再加入2mL的三油酸甘油酯，攪拌均勻后再加入聚乙烯醇形成漿料。聚乙烯醇的加入量為粉料質(zhì)量的20％。將混合好的漿料分別涂敷于已擔(dān)載有陽極材料和陰極材料的多孔氧化鋁薄膜的表面，干燥后在氧化性氣氛中、于1500℃下燒結(jié)1小時，即在分別擔(dān)載有陽極催化劑和陰極催化劑的多孔氧化鋁薄膜表面制備出YSZ電解質(zhì)薄膜，厚度為5μm。
將陽極表面上的YSZ電解質(zhì)薄膜和陰極表面上的YSZ電解質(zhì)薄膜在溫度800℃、壓力6MPa下熱壓1小時，獲得復(fù)合支撐型SOFC膜電極三合一組件。
本發(fā)明公開和提出燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改變原料、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計等環(huán)節(jié)實現(xiàn)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制備方法已通過較佳實施例子進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的結(jié)構(gòu)和制備方法進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池的結(jié)構(gòu)，它依次由陽極—電解質(zhì)薄膜—陰極三層構(gòu)成平板型燃料電池的結(jié)構(gòu)；其特征是陽極或者陰極或者陽極和陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)；多孔氧化鋁薄膜厚度為5-1000微米，微孔為貫穿孔，孔徑為10納米至500微米；中間層的電解質(zhì)薄膜材料厚度為1-500μm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種燃料電池的結(jié)構(gòu)，其特征是所述的陽極或者陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)，另一電極的厚度為5-5000微米。
3.一種燃料電池的制備方法，包括以下步驟第一步在多孔氧化鋁薄膜的微孔中制備電極材料合成陽極材料為鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯；合成陰極材料為鍶摻雜的錳酸鑭-釔穩(wěn)定氧化鋯；第二步在微孔中已經(jīng)制備出電極材料的多孔氧化鋁薄膜表面上再制備一層YSZ電解質(zhì)薄膜在一種或多種混合有機(jī)溶劑中加入YSZ粉料，添加有機(jī)溶劑的量為YSZ粉料體積的1-10倍，然后加入分散劑和粘合劑，分散劑的加入量為粉料質(zhì)量的0.1-10％，粘合劑的加入量為粉料質(zhì)量的3-60％，待分散均勻后形成粘稠的漿料；將漿料均勻涂布在多孔氧化鋁薄膜表面上，干燥后再在600-1600℃的溫度下燒結(jié)0.5-6小時；第三步在完成了第二步制造過程的電解質(zhì)薄膜之上再制備另一電極構(gòu)成平板型中溫固體氧化物燃料電池三合一組件在YSZ電解質(zhì)薄膜的表面上再制備一層鍶摻雜的錳酸鑭-釔穩(wěn)定氧化鋯復(fù)合陰極薄膜；或者在YSZ電解質(zhì)薄膜表面上再制備一層鎳-釔穩(wěn)定氧化鋯Ni-YSZ復(fù)合陽極薄膜。
4.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的第三步是將二個分別在氧化鋁薄膜的微孔中已經(jīng)擔(dān)載了陽極材料Ni-YSZ和陰極材料LSM-YSZ并完成了第二步電解質(zhì)漿料涂敷過程的單片，將電解質(zhì)薄膜一側(cè)相互對接，之后在600-1600℃的溫度下燒結(jié)0.5-6小時，使YSZ薄膜致密化并相互結(jié)合牢固，形成的燃料電池三合一組件。
5.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的機(jī)溶劑是乙醛、乙醚、乙醇、丙酮、2-丁酮、苯酚、甲醛或硝基苯中的一種或幾種的組合；粘合劑為聚苯胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或聚四氟乙烯中的一種或幾種的組合。
6.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的分散劑為三油酸甘油酯、聚乙二醇、氯化三甲基十二烷基銨、氯化十八烷基二甲基芐基胺、氯化十四烷酰胺丙基二甲基芐基胺、聚丙烯酸及其鹽類、聚甲基丙烯酸及其鹽類、海藻酸鈉、海藻酸銨、木質(zhì)碳酸鈉或石油磺酸鈉中的一種或幾種的組合。
7.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的另一電極采用絲網(wǎng)印刷法或者噴射法或者涂敷法，直接在電解質(zhì)薄膜表面制備另一電極。
8.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的電解質(zhì)薄膜材料為YSZ，Sr、Mg摻雜的LaGaO3，或者Y2O3摻雜的CeO2。
9.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的陽極材料為Ni-YSZ，Ni-Sm2O3摻雜的CeO2(SDC)，或者Ni-Gd2O3摻雜的CeO2(GDC)。
10.如權(quán)利要求3所述的一種燃料電池的制備方法，其特征是所述的陰極材料為LSM-YSZ，La1-xSrxCoO3-δ，Sm1-xSrxCoO3-δ，Dy1-xSrxCoO3-δ，La1-xSrxCo1-yFeyO3，Pr0.7Sr0.3MnO3，或者Nd0.7Sr0.3MnO3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型燃料電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。它由陽極－電解質(zhì)薄膜－陰極三層構(gòu)成平板型燃料電池的結(jié)構(gòu)；陽極或者陰極或者陽極和陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)；多孔氧化鋁薄膜厚度為10－1000微米，孔為貫穿孔，孔徑為10納米至500微米；中間層的電解質(zhì)薄膜材料厚度為1－500μm。陽極或者陰極是以多孔氧化鋁薄膜為電極支撐結(jié)構(gòu)，另一電極的厚度為5－5000微米。本發(fā)明合成的立體結(jié)構(gòu)電極，大幅度提高陽極和陰極催化劑的利用率，保證SOFC單體電池具有高的輸出性能。該方法既能分別制備出陽極支撐型或者陰極支撐型的SOFC，又能制備出陽極和陰極支撐型的SOFC，避免了電極制備過程中的造孔步驟，簡化了單體電池的制備工藝，優(yōu)化了電池結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01M8/00GK1667860SQ20051001328
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日
發(fā)明者王為, 黃慶華 申請人:天津大學(xué)