專利名稱：一種u型中空纖維固體氧化物燃料電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，涉及能源化學(xué)電源固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種U型中空纖維固體氧化物燃料電池的制備方法。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(簡稱S0FC)是一種新型的發(fā)電裝置，它能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境污染小、燃料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，正日益受到廣泛研究和開發(fā)。傳統(tǒng)的SOFC結(jié)構(gòu)主要有平板狀、管狀、瓦楞狀等，其中，中空纖維型SOFC與傳統(tǒng)的平板形、管狀、瓦楞狀相比，由于單位體積內(nèi)的有效接觸面積大、壁薄，導(dǎo)致其具有體積功率密度大、高傳輸速率、易組裝成大規(guī)模電池堆、抗熱沖擊性能較強(qiáng)、啟動時(shí)間短、電流收集容易等優(yōu)點(diǎn)，是未來工業(yè)應(yīng)用中最具潛力和前景的一種SOFC形態(tài)。目前常見的中空纖維SOFC多為直型，然而，在溫度變化過程中，直型中空纖維 SOFC仍存在一些問題。例如常溫下，直型中空纖維SOFC的兩端同時(shí)被固定在外管上，在升溫或降溫的過程中，中空纖維的伸縮變化將增大其所受機(jī)械應(yīng)力，甚至導(dǎo)致中空纖維電池的破損。目前通常在直型中空纖維SOFC的兩端使用兩個(gè)軟接頭以避免這種溫度變化引起的電池伸縮形變甚至破損，雖然這種軟接頭有助于直型中空纖維SOFC在實(shí)驗(yàn)室測試中避免溫度變化引起的伸縮破損，但仍無法應(yīng)用在工業(yè)化時(shí)的高溫高壓環(huán)境。所以，直型中空纖維電池應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)使用仍有一段距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有直型中空纖維SOFC在應(yīng)用時(shí)的缺陷，提供一種高機(jī)械強(qiáng)度、易于高溫密封的U型中空纖維SOFC的制備方法。本發(fā)明的U型中空纖維SOFC的雙腳端可以通過高溫密封膠固定在剛玉管上，其U型端則可以在溫度升降的過程中自由伸縮，不受任何物理限制，在根本上解決了高溫密封問題，并可以避免在溫度變化中電池伸縮引起的破損。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種U型中空纖維固體氧化物燃料電池的制備方法，包括如下步驟
(1)將聚乙烯吡咯烷酮溶解在甲基吡咯烷酮中，加入聚醚砜，攪拌至溶解，加入陽極材料粉體，攪拌l(T20h，得到混合均勻的紡織液；向紡織設(shè)備的水槽中注入去離子水，將紡織液注入紡織設(shè)備的反應(yīng)罐中，抽真空0. 5^2h后，在壓強(qiáng)為8(Tl20kPa的N2驅(qū)動下，紡織液通過噴絲頭成型并進(jìn)入水槽中，在去離子水中放置Mlai得到管狀的中空纖維固體氧化物燃料電池陽極生胚；
所述聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮和聚醚砜的質(zhì)量比為1: (20^50) (6^20), 所述陽極材料粉體與聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮和聚醚砜三者的質(zhì)量之和的比值為 1: (0. 5 2)；
(2)將步驟(1)得到的管狀的中空纖維陽極生胚按l(T20cm剪切，干燥12 3他，在馬弗爐中以0. 3 l°C/min的升溫速率將爐溫升至90(Tl00(rC后煅燒池，冷卻后再在管式爐中用吊式燒結(jié)法于120(Tl30(rC煅燒廣4h，得到U型中空纖維固體氧化物陽極支撐體；
(3)將電解質(zhì)粉體加入到有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到電解質(zhì)漿料，將步驟(2)得到的 U型中空纖維固體氧化物陽極支撐體浸涂到電解質(zhì)漿料中，重復(fù)浸涂5 10次，每次浸涂時(shí)間為5 20s，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結(jié)束，晾干后在60(T70(TC煅燒廣3h，再以 Γ3°0 /min的升溫速率將溫度升至140(T150(TC，燒結(jié)3、h，冷卻，得到致密的U型中空纖維固體氧化物燃料電池電解質(zhì)層；
(4)將復(fù)合陰極粉體加入有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到陰極刷涂液，將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟(3)得到的U型中空纖維固體氧化物燃料電池電解質(zhì)層上，重復(fù)刷涂3飛次， 每次刷涂后在空氣中自然干燥2(T40s，刷涂結(jié)束，于空氣中自然干燥，得到復(fù)合陰極層；
(5)將陰極集流粉體加入有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟(4)得到的復(fù)合陰極層上，重復(fù)刷涂；Γ6次，每次刷涂后在空氣中自然干燥 2(T40s，刷涂結(jié)束，于80(T110(TC煅燒廣3h，冷卻，得到U型中空纖維固體氧化物燃料電池。本發(fā)明步驟(1)中，所述陽極材料粉體為氧化鎳和電解質(zhì)粉體的混合物，所述電解質(zhì)粉體在混合物中的質(zhì)量百分含量為4(Γ60% ；所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物。本發(fā)明步驟(2)中，所述干燥為懸掛干燥，即在重力條件下，在干燥空氣中自然干
O本發(fā)明步驟(3)中，所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物，所述電解質(zhì)粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(5^20) :100o本發(fā)明步驟(4)中，所述復(fù)合陰極粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(3(Γ50) :100，所述復(fù)合陰極粉體為鈣鈦礦型氧化物和電解質(zhì)粉體的混合物，所述電解質(zhì)粉體在混合物中的質(zhì)量百分含量為40 60% ；所述鈣鈦礦型氧化物為Laa8Sra2MnCVs、BEta5Sra5Coa8Fq2CVs或 La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.203_5 ；所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物。本發(fā)明步驟(5)中，所述陰極集流粉體為鈣鈦礦型氧化物；所述陰極集流粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(30 50) :100。本發(fā)明步驟(4)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。本發(fā)明步驟(5)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。本發(fā)明步驟(6)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。本發(fā)明制得的U型中空纖維固體氧化物燃料電池的直徑為0. 5^1. 5mm,壁厚為 0. Γ0. 5mm，長度為 10 20cm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明所制備的U型中空纖維SOFC可以很好地解決目前直型中空纖維SOFC的高溫密封問題，將U型中空纖維SOFC的雙腳端用高溫密封膠直接固定在剛玉管上，不需使用軟接頭，從而避免了軟接頭處的氣體泄露問題；(2)本發(fā)明所制備的U型中空纖維SOFC可以很好地避免因溫度變化引起的中空纖維電池伸縮而導(dǎo)致的電池破損，由于U型中空纖維SOFC僅雙腳端固定，U型端可以隨溫度變化自由伸縮，因此避免了兩端固定時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，以保證電池在溫度變化時(shí)能夠完好無破損。


圖1為本發(fā)明使用的紡織設(shè)備的示意圖，其中，1為進(jìn)料口，2為反應(yīng)罐，3為噴絲頭，4為水槽，5為真空表。圖2為本發(fā)明采用的U型中空纖維SOFC測試裝置示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得的U型中空纖維SOFC陽極支撐體的掃描電鏡微(簡稱 SEM)圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層的SEM圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制得的U型中空纖維SOFC截面的SEM圖。 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制得的U型中空纖維SOFC在600 V到800 V下放電性能測試電流密度-電壓-功率密度曲線圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例1制得的U型中空纖維SOFC在600°C到800°C及開路電壓條件下的交流阻抗圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如圖1所示，本發(fā)明步驟(1)在紡織設(shè)備中進(jìn)行，其中，1為進(jìn)料口，2為反應(yīng)罐，3 為噴絲頭，4為水槽，5為真空表；紡織液由進(jìn)料口 1進(jìn)入反應(yīng)罐2，關(guān)閉所有閥門，用真空泵抽真空后，紡織液在N2的驅(qū)動下，由噴絲頭3成型并進(jìn)入水槽4中，水槽4中裝有去離子水。如圖2所示，本發(fā)明采用的U型中空纖維SOFC放電性能測試裝置主要包括石英管 (內(nèi)徑20mm，長400mm)、雙孔剛玉管(外徑8mm，長300mm)、陽極導(dǎo)線、陰極導(dǎo)線和熱電偶，石英管設(shè)有可拆卸的左、右封閉端，左、右封閉端上分別設(shè)有進(jìn)、出氣口，燃料氣經(jīng)過質(zhì)量流量計(jì)調(diào)節(jié)流速后進(jìn)入石英管內(nèi)。石英管的右封閉端上設(shè)有熱電偶；雙孔剛玉管的兩孔外徑為 1mm，兩孔心間距為3mm，位于石英管內(nèi)的管心處，且其左端穿過石英管左封閉端，并固定于石英管的左封閉端上，且雙孔剛玉管左端的兩孔與外界相通；測試時(shí)，U型中空纖維SOFC的雙腳端通過高溫陶瓷密封膠固定在雙孔剛玉管右端的兩孔內(nèi)，熱電偶穿過右封閉端伸入石英管內(nèi)并固定于U型中空纖維SOFC的正右方。將該測試裝置放置于管式爐中，并采用熱電偶在線監(jiān)測U型中空纖維SOFC的溫度。實(shí)施例1
(1)將0. 6g聚乙烯吡咯烷酮溶解在16g N-甲基吡咯烷酮中，加入4g聚醚砜，攪拌至溶解，加入15g氧化鎳(化學(xué)式NiO)和15g釔穩(wěn)定的氧化鋯(簡稱YSZ)，400rpm攪拌12h，使粉體均勻分散，得到混合均勻的紡織液；將紡織液注入料罐中，抽真空Ih除去氣泡后，在壓強(qiáng)為IOOkPa的隊(duì)驅(qū)動下，紡織液通過外徑為1. 5mm、內(nèi)徑為Imm的噴絲頭成型并進(jìn)入水槽中，在去離子水中放置4 得到管狀的中空纖維SOFC陽極生胚；(2)將步驟(1)得到的中空纖維SOFC陽極生胚剪切為15cm，懸掛于空氣中自然干燥Mh 后，得到U型的中空纖維SOFC生胚，以0. 5°C /min的升溫速率升溫到950°C，煅燒池，燒掉其中的有機(jī)物，冷卻后再將其吊在管式爐中于1250°C煅燒池，煅燒結(jié)束，冷卻，得到U型中空纖維SOFC陽極支撐體；
(3)將IOg乙醇、0.2g乙基纖維素和1. 52g松油醇混勻得到有機(jī)溶劑，將2g YSZ加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨Mh，得到混合均勻的電解質(zhì)漿料，將步驟(2) 得到的U型中空纖維SOFC陽極支撐體浸涂到電解質(zhì)漿料中，重復(fù)浸涂8次，每次浸涂時(shí)間為15s，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結(jié)束，晾干后在650°C預(yù)燒2h，再以2V /min的升溫速率將溫度升至1400°C，燒結(jié)證，冷卻，得到致密的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層；
(4)將0.5g La0.8Sr0.2Mn03_5 (簡稱LSM)和0. 5g YSZ混合得到復(fù)合陰極粉體，將2. 5g 乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將復(fù)合陰極粉體加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨24h得到陰極刷涂液，用小毛刷將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟(3)得到的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層上，重復(fù)刷涂3次，每次刷涂后在空氣中自然干燥30s，刷涂結(jié)束，于空氣中自然干燥，得到復(fù)合陰極層；
(5)將2.5g乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將Ig LSM加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨24h得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟(4)得到的復(fù)合陰極層上，重復(fù)刷涂3次，每次刷涂后在空氣中自然干燥30s，刷涂結(jié)束，于10000C煅燒池，冷卻，得到U型中空纖維固體氧化物燃料電池。將實(shí)施例1步驟(2)制得的U型中空纖維SOFC陽極支撐體進(jìn)行SEM分析，如圖 3所示。由圖3 (a)可知，燒結(jié)后的陽極支撐體，其內(nèi)外徑分別為0.70mm、l. 10mm，厚度為 0.20mm;圖3 (b)為陽極支撐體的截面圖，圖3 (c)為陽極支撐體內(nèi)表面圖，呈現(xiàn)出多孔的結(jié)構(gòu)；圖3 (d)為陽極支撐體外表面圖，可知NiO-YSZ顆粒分布均勻，晶粒之間界面間隙明
Mo將實(shí)施例1步驟(3)制得的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層進(jìn)行SEM分析，如圖4所示。圖4 (a)為U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層的截面圖，可以看出，電解質(zhì)層完全致密，徑向沒有任何孔或裂縫存在，電解質(zhì)層的厚度約為ΙΟμπι ；圖4 (b)為U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層的外表面圖，可以看出，電解質(zhì)層表面平整，軸向無任何孔或裂縫存在，整個(gè)電解質(zhì)層完全致密。將實(shí)施例1制備的U型中空纖維SOFC進(jìn)行SEM分析，如圖5所示。由圖5可知， 三層結(jié)構(gòu)非常明顯，電解質(zhì)大約為10 μ m，非常薄，無任何孔或裂縫存在，理論上會使電池的歐姆電阻很小，其離子導(dǎo)電性能良好。將實(shí)施例1制備的U型中空纖維SOFC用圖2所示的測試裝置進(jìn)行測試。用高溫陶瓷密封膠密封在雙孔剛玉管上，將測試裝置置于內(nèi)徑30mm，恒溫段長80mm的管式爐中。 將裝置放置在管式爐中進(jìn)行性能測試，測試條件為中空纖維內(nèi)管通入氫氣作為燃料，氫氣流量為40mL/min，外管以空氣作為氧化劑，以1°C /min的速率升溫到600°C，還原3h，分別在600°C、700°C和800°C溫度下，用Arbin BT2000型燃料電池測試系統(tǒng)進(jìn)行放電性能測試。圖6為實(shí)施例1制備的SOFC的放電性能圖。由圖6可知，本發(fā)明制備的U型中空纖維SOFC的開路電壓在600°C和800°C時(shí)分別為0. 98V和0. 94V，與理論值比較接近，說明本發(fā)明的SOFC的電解質(zhì)致密度較好，功率峰值密度分別可以達(dá)到180mW/cm2和620mW/cm2。
在開路電壓條件下，用Zahner IM6ex型電化學(xué)工作站進(jìn)行交流阻抗測試，在干擾電壓為10mV，頻率為IOOmHz IOOKHz范圍內(nèi)表征電池的歐姆電阻、極化電阻和總電阻大小， 結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，YSZ電解質(zhì)的歐姆電阻在800°C和600°C下分別為0.68Ω/ cm2和0. 94 Ω /cm2,總電阻在800°C禾口 600°C下分別為2. 15 Ω /cm2和4. 42 Ω /cm2,電池電阻較小。實(shí)施例2
(1)將0.6g聚乙烯吡咯烷酮溶解在12gN-甲基吡咯烷酮中，加入3. 6g聚醚砜，攪拌至溶解，加入12. 96g氧化鎳(化學(xué)式NiO)和19. 44g釔穩(wěn)定的氧化鋯(簡稱YSZ)，400rpm 攪拌10h，使粉體均勻分散，得到混合均勻的紡織液；將紡織液注入料罐中，抽真空0. 5h除去氣泡后，在壓強(qiáng)為SOkPa的隊(duì)驅(qū)動下，紡織液通過外徑為1. 5mm、內(nèi)徑為Imm的噴絲頭成型并進(jìn)入水槽中，在去離子水中放置24h得到管狀的中空纖維SOFC陽極生胚；
(2)將步驟(1)得到的中空纖維SOFC陽極生胚剪切為10cm，懸掛于空氣中自然干燥1 后，得到U型的中空纖維SOFC生胚，以0. 3°C /min的升溫速率升溫到900°C預(yù)燒池，燒掉其中的有機(jī)物，冷卻后再將其吊在管式爐中于1200°C煅燒4h，煅燒結(jié)束，冷卻，得到U型中空纖維SOFC陽極支撐體；
(3)將IOg乙醇、0.2g乙基纖維素和1. 52g松油醇混勻得到有機(jī)溶劑，將0. 59g釓摻雜的氧化鈰(簡稱GDC)加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨15h，得到混合均勻的電解質(zhì)漿料，將步驟(2)得到的U型中空纖維SOFC陽極支撐體浸涂到電解質(zhì)漿料中，重復(fù)浸涂5次，每次浸涂時(shí)間為^，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結(jié)束，晾干后在600°C 預(yù)燒3h，再以1°C /min的升溫速率將溫度升至1450°C，燒結(jié)他，冷卻，得到致密的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層；
(4)將0. 35g Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203_5 (簡稱BSCF)和 0. 53g GDC 混合得到復(fù)合陰極粉體，將2. 5g乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將復(fù)合陰極粉體加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨1 得到陰極刷涂液，用小毛刷將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟(3)得到的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層上，重復(fù)刷涂3次，每次刷涂后在空氣中自然干燥20s，刷涂結(jié)束，于空氣中自然干燥，得到復(fù)合陰極層；
(5)將2.5g乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將0. 89g BSCF 加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨1 得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟(4)得到的復(fù)合陰極層上，重復(fù)刷涂3次，每次刷涂后在空氣中自然干燥20s， 刷涂結(jié)束，于800°C煅燒池，冷卻，得到U型中空纖維固體氧化物燃料電池全電池。實(shí)施例3
(1)將0. 6g聚乙烯吡咯烷酮溶解在30g N-甲基吡咯烷酮中，加入12g聚醚砜，攪拌至溶解，加入9. 6g氧化鎳(化學(xué)式NiO)和6. 4g鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物(簡稱LSGM)，400rpm 攪拌20h，使粉體均勻分散，得到混合均勻的紡織液；將紡織液注入料罐中，抽真空池除去氣泡后，在壓強(qiáng)為120kPa的隊(duì)驅(qū)動下，紡織液通過外徑為1. 5mm、內(nèi)徑為Imm的噴絲頭成型并進(jìn)入水槽中，在去離子水中放置7 得到管狀的中空纖維SOFC陽極生胚；
(2 )將步驟(1)得到的中空纖維SOFC陽極生胚剪切為20cm，懸掛于空氣中自然干燥3 后，得到U型的中空纖維SOFC生胚，以1°C /min的升溫速率升溫到1000°C預(yù)燒池，燒掉其中的有機(jī)物，冷卻后再將其吊在管式爐中于1300°C煅燒lh，煅燒結(jié)束，冷卻，得到U型中空纖維SOFC陽極支撐體；
(3)將IOg乙醇、0.2g乙基纖維素和1. 52g松油醇混勻得到有機(jī)溶劑，將2. 34g LSGM 加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨30h，得到混合均勻的電解質(zhì)漿料，將步驟 (2)得到的U型中空纖維SOFC陽極支撐體浸涂到電解質(zhì)漿料中，重復(fù)浸涂10次，每次浸涂時(shí)間為20s，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結(jié)束，晾干后在700°C預(yù)燒lh，再以3°C / min的升溫速率將溫度升至1500°C，燒結(jié)池，冷卻，得到致密的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層；
(4)將0. 89g La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.203_5 (簡稱LSCF)和 0. 59g LSGM 混合得到復(fù)合陰極粉體，將2. 5g乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將復(fù)合陰極粉體加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨30h得到陰極刷涂液，用小毛刷將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟(3)得到的U型中空纖維SOFC電解質(zhì)層上，重復(fù)刷涂6次，每次刷涂后在空氣中自然干燥40s，刷涂結(jié)束，于空氣中自然干燥，得到復(fù)合陰極層；
(5)將2.5g乙醇、0. 05g乙基纖維素和0. 4g松油醇混合得到有機(jī)溶劑，將1. 48g LSCF 加入有機(jī)溶劑中，經(jīng)球磨機(jī)在300rpm轉(zhuǎn)速下球磨30h得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟(4)得到的復(fù)合陰極層上，重復(fù)刷涂6次，每次刷涂后在空氣中自然干燥40s， 刷涂結(jié)束，于1100°C煅燒lh，冷卻，得到U型中空纖維固體氧化物燃料電池全電池。
權(quán)利要求
1.一種U型中空纖維固體氧化物燃料電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將聚乙烯吡咯烷酮溶解在甲基吡咯烷酮中，加入聚醚砜，攪拌至溶解，加入陽極材料粉體，攪拌l(T20h，得到混合均勻的紡織液；向紡織設(shè)備的水槽中注入去離子水，將紡織液注入紡織設(shè)備的反應(yīng)罐中，抽真空0. 5^2h后，在壓強(qiáng)為8(Tl20kPa的N2驅(qū)動下，紡織液通過噴絲頭成型并進(jìn)入水槽中，在去離子水中放置Mlai得到管狀的中空纖維固體氧化物燃料電池陽極生胚；所述聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮和聚醚砜的質(zhì)量比為1: (20^50) (6^20), 所述陽極材料粉體與聚乙烯吡咯烷酮、甲基吡咯烷酮和聚醚砜三者的質(zhì)量之和的比值為 1: (0. 5 2)；(2)將步驟(1)得到的管狀的中空纖維陽極生胚按l(T20cm剪切，干燥12 3他，在馬弗爐中以0. /min的升溫速率將爐溫升至90(Tl00(rC后煅燒2h，自然冷卻后，在管式爐中用吊式燒結(jié)法于120(Tl30(rC煅燒廣4h，得到U型中空纖維固體氧化物陽極支撐體；(3)將電解質(zhì)粉體加入到有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到電解質(zhì)漿料，將步驟(2)得到的 U型中空纖維固體氧化物陽極支撐體浸涂到電解質(zhì)漿料中，重復(fù)浸涂5 10次，每次浸涂時(shí)間為5 20s，每次浸涂后在空氣中自然干燥，浸涂結(jié)束，晾干后在60(T70(TC煅燒廣3h，再以 Γ3°0 /min的升溫速率將溫度升至140(T150(TC，燒結(jié)3、h，冷卻，得到致密的U型中空纖維固體氧化物燃料電池電解質(zhì)層；(4)將復(fù)合陰極粉體加入有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到陰極刷涂液，將陰極刷涂液均勻刷涂在步驟(3)得到的U型中空纖維固體氧化物燃料電池電解質(zhì)層上，重復(fù)刷涂3飛次， 每次刷涂后在空氣中自然干燥2(T40s，刷涂結(jié)束，于空氣中自然干燥，得到復(fù)合陰極層；(5)將陰極集流粉體加入有機(jī)溶劑中，球磨15 30h得到陰極集流液，再將陰極集流液均勻刷涂在步驟(4)得到的復(fù)合陰極層上，重復(fù)刷涂；Γ6次，每次刷涂后在空氣中自然干燥 2(T40s，刷涂結(jié)束，于80(T110(TC煅燒廣3h，冷卻，得到U型中空纖維固體氧化物燃料電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述陽極材料粉體為氧化鎳和電解質(zhì)粉體的混合物，所述電解質(zhì)粉體在混合物中的質(zhì)量百分含量為4(Γ60% ；所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述干燥為懸掛干燥，即在重力條件下，在干燥空氣中自然干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物，所述電解質(zhì)粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(5 20) :100。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述復(fù)合陰極粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(3(T50) 100，所述復(fù)合陰極粉體為鈣鈦礦型氧化物和電解質(zhì)粉體的混合物，所述電解質(zhì)粉體在混合物中的質(zhì)量百分含量為4(Γ60% ；所述鈣鈦礦型氧化物為IAl8Sra2MnCVp BEta5Sra5Coa8Fea2CVs或 La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.203_5 ；所述電解質(zhì)粉體為釔穩(wěn)定的氧化鋯、釓摻雜的氧化鈰或鑭鎵基鈣鈦礦型氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述陰極集流粉體為鈣鈦礦型氧化物；所述陰極集流粉體與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(3(Γ50) :100。
7.根據(jù)權(quán)利要求4飛之一所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、乙基纖維素、松油醇或丙酮中的兩種以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種U型中空纖維型固體氧化物燃料電池的制備方法，包括如下步驟通過相轉(zhuǎn)化紡織技術(shù)得到中空纖維固體氧化物燃料電池陽極生胚，吊式燒結(jié)使之成U型結(jié)構(gòu)陽極支撐體，通過浸涂工藝制得U型中空纖維固體氧化物燃料電池電解質(zhì)層，通過刷涂工藝依次將陰極涂刷液和陰極集流液制得U型中空纖維固體氧化物燃料電池。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)；得到的U型中空纖維固體氧化物燃料電池，在溫度變化時(shí)能夠自由伸縮，避免了其在應(yīng)用時(shí)由于溫度變化引起的破裂，極大的增加了中空纖維固體氧化物燃料電池的機(jī)械性能、高溫密封性能，解決了中空纖維固體氧化物燃料電池工業(yè)化生產(chǎn)面臨的難題。
文檔編號H01M8/10GK102306817SQ20111022709
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者周笛雄, 彭舒軍, 王海輝, 魏嫣瑩 申請人:華南理工大學(xué)