固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備法，具體涉及固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種能直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，只要反應(yīng)物不斷輸入，產(chǎn)物不斷輸出，就能持續(xù)的對外供電。相對于其他的能量轉(zhuǎn)換裝置而言，SOFC具有以下優(yōu)點:不受卡諾循環(huán)的限制，熱電聯(lián)產(chǎn)時能高效的利用能量；污染物低至零排放，噪聲小，較化石燃料更利于環(huán)境；燃料適應(yīng)性強，可選用氫氣，天然氣，煤氣，生物沼氣及碳氫氣為燃料；模塊化設(shè)計，位置靈活，響應(yīng)快。因此，在解決能源與環(huán)境問題方面引起了廣泛的關(guān)注。
[0003]SOFC根據(jù)支撐體分類可分為三種:電解質(zhì)支撐型，陽極支撐型和陰極支撐型。最初厚的電解質(zhì)支撐型電池隨溫度降低，歐姆阻抗太大而逐漸被淘汰，多孔電極支撐的薄膜電解質(zhì)成為人們研究的對象。目前，陰極支撐型電池經(jīng)共壓、高溫(1300-145(TC)煅燒后內(nèi)部發(fā)生劇烈反應(yīng)，界面擴散嚴重且低溫不足以形成致密的電解質(zhì)薄膜，大大降低了電池的性能。因此，發(fā)展陽極支撐的電池顯得尤為重要。近年來，隨著濕化學(xué)方法和制備技術(shù)的進步，陽極支撐型電池取得了巨大的成功，實現(xiàn)了中低溫操作(500-800°C )，而關(guān)鍵的技術(shù)就是薄膜電解質(zhì)的制備。
[0004]目前，制備低成本的平板狀固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜大多采用干壓，流延等技術(shù)。由于干壓法在操作過程中，陽極粉體預(yù)壓易開裂、電解質(zhì)粉體鋪不均，工藝復(fù)雜且受操作環(huán)境的影響，不適合批量生產(chǎn)；另一種流延法，此法受控于制備過程中的干燥控制，漿料添加劑種類多，薄膜的收縮、相對密度等問題仍有待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法提供了一種成本低廉、工藝簡單、適合批量生產(chǎn)的電解質(zhì)薄膜制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，包括以下步驟:
[0008]①量取無水乙醇為溶劑并加入電解質(zhì)粉體，投入行星式球磨機中以200-400轉(zhuǎn)/分鐘球磨24小時，再加入聚乙二醇(PEG)助劑繼續(xù)混磨10-12小時，得到均勻、穩(wěn)定的電解質(zhì)漿料，待用；
[0009]②采用干壓法制備的陽極支撐體，高溫煅燒成型，待用；
[0010]③將上述步驟②中陽極支撐體一面用透明膠帶粘結(jié)、固定在一種陽極支撐體承臺上，然后把承臺放入潔凈離心管中，將步驟①中配好的電解質(zhì)漿料緩慢注入離心管中，直至完全浸沒陽極支撐體；
[0011]④然后將上述步驟③中準(zhǔn)備好的離心管投入離心機中，開啟離心機，使其在3999轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下運行10-15分鐘，在陽極支撐體表面形成一層電解質(zhì)膜胚體；
[0012]⑤將上述步驟④中制備的電解質(zhì)膜胚體置于紅外燈下烤干；
[0013]⑥重復(fù)步驟③④⑤1-2次，得到不同厚度的電解質(zhì)膜胚體；
[0014]⑦然后將上述步驟⑥中制備好的電解質(zhì)膜胚體放入高溫爐里燒結(jié)處理，形成厚度不同，致密的電解質(zhì)薄膜體。
[0015]步驟①中，所述無水乙醇和電解質(zhì)粉體是指當(dāng)電解質(zhì)粉體為2g時，無水乙醇為10ml0
[0016]步驟①中，所述聚乙二醇(PEG)助劑是指質(zhì)量占電解質(zhì)粉體質(zhì)量0.5%的聚乙二醇。
[0017]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
[0018](I)離心法制備的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜，具有均勻、致密和平整的形貌，且與陽極依附性好，有效地隔絕了燃料氣與氧化劑氣體，降低電池的歐姆阻抗及界面極化阻抗，相比于傳統(tǒng)干壓法制備的電解質(zhì)薄膜其電壓值提高了 0.02-0.09V ;
[0019](2)離心法制備固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜所需設(shè)備為普通離心機設(shè)備，成本低廉；
[0020](3)離心法制備固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的工藝簡單，操作方便，其厚度能夠通過離心機的運行次數(shù)和運行時間來控制；
[0021](4)離心法制備固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜時，能夠同時進行多個電解質(zhì)薄膜的制備，且因其制備環(huán)境不受外界影響且一致性好，故其制備而成的電解質(zhì)薄膜均一性好，能夠適應(yīng)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0023]圖1為在N1-Sma2CeasOh9 (SDC)陽極支撐體上制備的SDC電解質(zhì)薄膜的表面掃描電鏡圖(實施例一)；
[0024]圖2為在N1-SDC陽極支撐體上制備的SDC電解質(zhì)薄膜的電池斷面掃描電鏡圖(實施例一)。圖1中I為陽極支撐體，2為電解質(zhì)薄膜體；
[0025]圖3為N1-Ce。.79CuQ.Q1Sma抑。.A。(SNDCCu)陽極支撐體上制備SNDCCu電解質(zhì)薄膜的表面掃描電鏡圖(實施例二)；
[0026]圖4為N1-SNDCCu陽極支撐體上制備SNDCCu電解質(zhì)薄膜的電池斷面掃描電鏡圖(實施例二)。圖4中I為陽極支撐體，2為電解質(zhì)薄膜體；
[0027]圖5為用干壓法在N1-SDC陽極支撐體上制備SDC電解質(zhì)薄膜電池的電流-電壓-功率密度圖；
[0028]圖6為用離心法在N1-SDC陽極支撐體上制備SDC電解質(zhì)薄膜電池的電流-電壓-功率密度圖(實施例一)。
【具體實施方式】
[0029]實施例一
[0030]①量取10mL的無水乙醇為溶劑，加入2g Sma2CeasOh9(SDC)電解質(zhì)粉體，投入行星式球磨機中以200r/min球磨24h，再加入0.5%的聚乙二醇(PEG)助劑繼續(xù)混磨10h，得到均勻，穩(wěn)定的SDC漿料，待用；
[0031]②采用干壓法制備N1-SDC的陽極支撐體，高溫煅燒成型，待用；
[0032]③將上述步驟②中N1-SDC陽極支撐體一面用透明膠帶粘結(jié)、固定在一種陽極支撐體承臺上，然后把承臺放入離心管中置于潔凈離心管中，將②中配好的SDC漿料緩慢注入離心管中，直至完全浸沒N1-SDC陽極支撐體；
[0033]④然后將上述③中準(zhǔn)備的離心管投入離心機中，開啟離心機，使其在3999r/min轉(zhuǎn)速下運行l(wèi)Omin，在N1-SDC陽極支撐體表面形成一層SDC電解質(zhì)膜胚體；
[0034]⑤將上述④中的SDC電解質(zhì)膜胚體置于紅外燈下烤干；
[0035]⑥重復(fù)步驟③④⑤一次；
[0036]⑦然后將上述⑥中的SDC電解質(zhì)膜胚體放入高溫爐里燒結(jié)處理，以3°C /min的升溫速率升溫到1350°C，保溫5h，即得到一層致密且厚度約為21 μπι的SDC電解質(zhì)薄膜體。
[0037]實施例二
[0038]①量取10mL的無水乙醇為溶劑，加入2g Sma2CeasOh9(SDC)電解質(zhì)粉體，投入行星式球磨機中以200r/min球磨24h，再加入0.5%的聚乙二醇(PEG)助劑繼續(xù)混磨10h，得到均勻，穩(wěn)定的SDC漿料，待用；
[0039]②采用干壓法制備N1-SDC的陽極支撐體，高溫煅燒成型，待用；
[0040]③將上述步驟②中N1-SDC陽極支撐體一面用透明膠帶粘結(jié)、固定在一種陽極支撐體承臺上，然后把承臺放入離心管中置于潔凈離心管中，將②中配好的SDC漿料緩慢注入離心管中，直至完全浸沒N1-SDC陽極支撐體；
[0041]④然后將上述③中準(zhǔn)備的離心管投入離心機中，開啟離心機，使其在3999r/min轉(zhuǎn)速下運行l(wèi)Omin，在N1-SDC陽極支撐體表面形成一層SDC電解質(zhì)膜胚體；
[0042]⑤將上述④中的SDC電解質(zhì)膜胚體置于紅外燈下烤干；
[0043]⑥重復(fù)步驟③④⑤兩次；
[0044]⑦然后將上述⑥中的SDC電解質(zhì)膜胚體放入高溫爐里燒結(jié)處理，以3°C /min的升溫速率升溫到1350°C，保溫5h，即得到一層致密且厚度約為21 μπι的SDC電解質(zhì)薄膜體。
[0045]以上所述的具體實施例，僅對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和積極效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，其特征在于:離心制備法較干壓法而言，離心制備法不涉及陽極粉體的預(yù)壓，避免了預(yù)壓的開裂；電解質(zhì)以漿料的形式，通過離心機作用均勻鋪在陽極上，分散均勻，工藝簡單且操作環(huán)境密閉不受外界影響，適合批量生產(chǎn)。離心制備法較流延法而言，離心制備法制備過程中所需環(huán)境簡單，漿料添加劑配方簡單，易操作，薄膜的收縮、相對密度通過轉(zhuǎn)速和運行時間長短可調(diào)節(jié)； 固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，其具體制備過程如下: ①量取無水乙醇為溶劑并加入電解質(zhì)粉體，投入行星式球磨機中以200-400轉(zhuǎn)/分鐘球磨24小時，再加入聚乙二醇(PEG)助劑繼續(xù)混磨10-12小時，得到均勻、穩(wěn)定的電解質(zhì)漿料，待用； ②采用干壓法制備的陽極支撐體，高溫煅燒成型，待用； ③將上述步驟②中陽極支撐體一面用透明膠帶粘結(jié)、固定在一種陽極支撐體承臺上，然后把承臺放入潔凈離心管中，將步驟①中配好的電解質(zhì)漿料緩慢注入離心管中，直至完全浸沒陽極支撐體； ④然后將上述步驟③中準(zhǔn)備好的離心管投入離心機中，開啟離心機，使其在3999轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下運行10-15分鐘，在陽極支撐體表面形成一層電解質(zhì)膜胚體； ⑤將上述步驟④中制備的電解質(zhì)膜胚體置于紅外燈下烤干； ⑥重復(fù)步驟③④⑤1-2次，得到不同厚度的電解質(zhì)膜胚體； ⑦然后將上述步驟⑥中制備好的電解質(zhì)膜胚體放入高溫爐里燒結(jié)處理，形成厚度不同，致密的電解質(zhì)薄膜體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，其特征在于:步驟①中，所述無水乙醇和電解質(zhì)粉體是指當(dāng)電解質(zhì)粉體為2g時，無水乙醇為100ml。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，其特征在于:步驟①中，所述聚乙二醇(PEG)助劑是指質(zhì)量占電解質(zhì)粉體質(zhì)量0.5%的聚乙二醇。
【專利摘要】本發(fā)明公開了固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的離心制備法，其步驟如下：將電解質(zhì)粉體加入無水乙醇中混合球磨后，再加入聚乙二醇(PEG)助劑繼續(xù)混磨，得到均勻、穩(wěn)定的電解質(zhì)漿料；將一面用透明膠帶粘結(jié)的陽極支撐體固定在陽極支撐體承臺上，并將承臺放入潔凈離心管中，然后向離心管中緩慢注入電解質(zhì)漿料，直至完全浸沒陽極支撐體；開啟離心機，在陽極支撐體表面形成均勻電解質(zhì)膜胚體，熱處理后多次離心，最后將電解質(zhì)膜胚體高溫?zé)Y(jié)成電解質(zhì)薄膜體。該方法得到的電解質(zhì)薄膜均勻、致密、平整，成本低廉，工藝簡單，操作方便，其電解質(zhì)薄膜均一性好，厚度可由離心機運行次數(shù)和時間來控制，適應(yīng)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M8/10
【公開號】CN105047973
【申請?zhí)枴緾N201510340431
【發(fā)明人】程轉(zhuǎn)霞, 楊雷, 楊洋, 陳永紅, 盧肖永, 田冬
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月18日