專利名稱：一種陽極支撐固體氧化物燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤涉及一種陽極支撐固體氧化物燃料電池。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效全固態(tài)電化學(xué)能轉(zhuǎn)換裝置，其損耗主要集中在電解質(zhì)材料的內(nèi)阻損耗。現(xiàn)有中國(guó)專利公告號(hào)為CN100479245C公開了一種中溫固體氧化物燃料電池陽極支撐固體電解質(zhì)復(fù)合膜及其制備方法，該復(fù)合膜由氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯復(fù)合金屬陶瓷陽極和重量比為6 10%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)或氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯(SSZ)或摻雜氧化禮的氧化鋪(CGO)電解質(zhì)層兩層組成,通過流延制成,復(fù)合膜面積100X100 (mm)2以上，電解質(zhì)厚度10 30 μ m，陽極厚度O. 5 I. 5mm。優(yōu)選陽極由NiO+(6 10) %mol YSZ·構(gòu)成，電解質(zhì)由8YSZ、SSZ或CGO中的一種構(gòu)成。雖然這種復(fù)合膜平整并符合使用要求，但存在以下缺點(diǎn)(I) 8YSZ做電解質(zhì)，離子導(dǎo)電率太低，產(chǎn)品功率密度低。陰極材料易與電解質(zhì)中的ZrO2 (氧化鋯)反應(yīng)影響電池的功率；(2) CGO材料電導(dǎo)率高，但由于易被陽極燃料氣體還原，影響可靠性；(3) SSZ離子電導(dǎo)率高，但成本高，而且Sc (鈧)在自然界及其稀缺，供應(yīng)跟不上，無法形成量產(chǎn)；(4)NiO+ (6 10)%mol YSZ材料強(qiáng)度低,做支撐體會(huì)影響可靠性。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種陽極支撐固體氧化物燃料電池，通過材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效提高單電池的功率密度，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度及可靠性，降低生產(chǎn)成本，適用于批量化生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是—種陽極支撐固體氧化物燃料電池，其特征在于依次由陽極支撐層、陽極功能層、燃料側(cè)電解質(zhì)層、空氣側(cè)電解質(zhì)層以及陰極層組成。所述陽極支撐層、陽極功能層均為氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，燃料側(cè)電解質(zhì)層為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，空氣側(cè)電解質(zhì)層為氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰層。即所述陽極支撐層的組成為NiO+YSZ，其中，YSZ為2 6mol%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，所述陽極功能層的組成為NiO+YSZ，其中，YSZ為5 12mol%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，所述燃料側(cè)電解質(zhì)層的組成為5 12mol%氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯，所述空氣側(cè)電解質(zhì)層的組成為氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰。使用NiO (氧化鎳)+ 2 6YSZ (2 6mol%乾穩(wěn)定氧化錯(cuò))作為陽極支撐層材料，有效地提高了支撐體及單電池的強(qiáng)度；使用NiO (氧化鎳)+ 5 12YSZ (5 12mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)作為陽極功能層材料，有效地提高了三相界面的性能，降低了單電池極化電阻；[0011]使用5 12YSZ (5 12mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)和CeO2 (氧化鈰)或稀土摻雜CeO2作為雙電解質(zhì)材料，并使5 12YSZ (5 12mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)靠近陽極側(cè)(燃料側(cè))，CeO2(氧化鈰)或稀土摻雜CeO2靠近陰極側(cè)(空氣側(cè))，有效地防止陰極與ZrO2 (氧化鋯)的反應(yīng)，也有效地防止了燃料氣與CeO2 (氧化鈰)或稀土摻雜CeO2的反應(yīng)。其中，所述陰極層可以為鑭鍶錳、鑭鍶鈷鐵、鑭鍶鈷、鑭鋇鈷鐵、鑭鎳鐵以及鋇鈷鐵鈮中的一種或幾種。 可選地,所述陽極支撐層厚度為O. I I. Omm,陽極功能層厚度為5 30 μ m,燃料側(cè)電解質(zhì)層厚度為O. 5 15 μ m，空氣側(cè)電解質(zhì)層厚度為O. 5 15 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型陽極支撐固體氧化物燃料電池，使用釔穩(wěn)定氧化鋯和氧化鈰或稀土摻雜的氧化鈰作為雙電解質(zhì)材料，并使釔穩(wěn)定氧化鋯靠近陽極側(cè)(燃料側(cè))，氧化鈰或稀土摻雜的氧化鈰靠近陰極側(cè)(空氣側(cè))，有效地防止陰極與氧化鋯的反應(yīng)，也有效地防止了燃料氣與氧化鈰或稀土摻雜的氧化鈰的反應(yīng)，大大提高了陽極支撐固體氧化物燃料電池的可靠性；引入低成本材料，使用氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯作為陽極支撐層及陽極功能層材料、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鈰或稀土摻雜的氧化鈰作為雙電解質(zhì)材料，可適于批
量化生產(chǎn)。

圖I為本實(shí)用新型陽極支撐固體氧化物燃料電池的剖面圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖I所示為本實(shí)用新型陽極支撐固體氧化物燃料電池的實(shí)施例，該陽極支撐固體氧化物燃料電池依次由陽極支撐層I、陽極功能層2、燃料側(cè)電解質(zhì)層3、空氣側(cè)電解質(zhì)層4以及陰極層5組成。其中，陽極支撐層、陽極功能層均為氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，燃料側(cè)電解質(zhì)層為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，空氣側(cè)電解質(zhì)層為氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰層。上述陽極支撐固體氧化物燃料電池可通過以下方法制備首先分別制備陽極支撐層I陶瓷漿料，其成分為I :1的5YSZ (5mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)+NiO (氧化鎳)；陽極功能層2陶瓷漿料，其成分為I :1的10YSZ (10mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)+NiO (氧化鎳);燃料側(cè)電解質(zhì)層3陶瓷漿料，其成分為10YSZ (10mol%釔穩(wěn)定氧化鋯)；空氣側(cè)電解質(zhì)層4陶瓷漿料，其成分為GOC (鎵摻雜氧化鈰)；接著通過流延方法制得陽極支撐層I陶瓷膜帶、陽極功能層2陶瓷膜帶、燃料側(cè)電解質(zhì)層3陶瓷膜帶以及空氣側(cè)電解質(zhì)層4陶瓷膜帶；然后將陽極支撐層I陶瓷膜帶、陽極功能層2陶瓷膜帶、燃料側(cè)電解質(zhì)層3陶瓷膜帶以及空氣側(cè)電解質(zhì)層4陶瓷膜帶順次進(jìn)行疊層壓合、燒結(jié)，之后在空氣側(cè)電解質(zhì)層上印刷LSCF (鑭鍶鈷鐵)陰極層5，最后進(jìn)行陰極燒結(jié)。由上述制備方法制得陽極支撐固體氧化物燃料電池，其陽極支撐層I厚度為O. 5mm,陽極功能層2厚度為15 μ m,燃料側(cè)電解質(zhì)層3厚度為10 μ m,空氣側(cè)電解質(zhì)層4厚度為10 μ m。測(cè)得電池在800°C時(shí)的功率密度0. 45ff/cm2, IOOOhr衰減0. 31%。本實(shí)施例的陽極支撐固體氧化物燃料電池，單電池的功率密度及產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)電能力好，可靠性高，成本低，適于批量化生產(chǎn)；通過薄層流延工藝，既有效降低電解 質(zhì)的厚度，又保證了電解質(zhì)的致密性。
權(quán)利要求1.一種陽極支撐固體氧化物燃料電池，其特征在于依次由陽極支撐層、陽極功能層、燃料側(cè)電解質(zhì)層、空氣側(cè)電解質(zhì)層以及陰極層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陽極支 撐固體氧化物燃料電池，其特征在于 所述陽極支撐層、陽極功能層均為氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層， 所述燃料側(cè)電解質(zhì)層為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層， 所述空氣側(cè)電解質(zhì)層為氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的陽極支撐固體氧化物燃料電池，其特征在于所述陽極支撐層厚度為O. I I. Omm,陽極功能層厚度為5 30 μ m,燃料側(cè)電解質(zhì)層厚度為O. 5 15 μ m,空氣側(cè)電解質(zhì)層厚度為O. 5 15 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及燃料電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤涉及一種陽極支撐固體氧化物燃料電池，依次由陽極支撐層、陽極功能層、燃料側(cè)電解質(zhì)層、空氣側(cè)電解質(zhì)層以及陰極層組成，所述陽極支撐層、陽極功能層均為氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，燃料側(cè)電解質(zhì)層為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯層，空氣側(cè)電解質(zhì)層為氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰層。使用氧化鎳-氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯作為陽極支撐層及陽極功能層的材料，使用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鈰或摻雜稀土的氧化鈰作為雙電解質(zhì)材料，有效提高單電池的功率密度，提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度及可靠性，降低生產(chǎn)成本，適用于批量化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK202633438SQ20122021431
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者楊紹華 申請(qǐng)人:楊紹華