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)生有害化學反應的阻擋層，然后在電解質(zhì)阻擋層基體上涂敷陽極材料。
背景技術(shù)：
燃料電池是將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學能量轉(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，因為只有在該溫度下電解質(zhì)YSZ才具備理想的電導率(大于0.1S·cm-1)，800℃下電導率僅為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擴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，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)的電導率，途徑之一是采用中溫下(≤800℃)具有較高電導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的復相金屬陶瓷(Ni-LSGM)作為LSGM的陽極，但是高溫下Ni會向LSGM擴散，與LSGM反應生成的新相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)引進了Sm2O3摻雜的CeO2(SDC)，因為它是稀有金屬氧化物中離子電導率最高的(0.0945S·cm-1)，但在SDC和LSGM的復相金屬陶瓷體系中，SDC與LSGM之間也有反應發(fā)生，La2O3會從LSGM向Ce1-xLaxO2-x/2擴散，影響電池性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的要點之一是在電解質(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的擴散，同時阻止Ni向LSGM擴散發(fā)生有害反應，阻擋機制為熱力學性質(zhì)的阻擋；要點之二在于所制備的陽極為三維電極，電池反應的區(qū)域為三相反應區(qū)。這是因為采用了稀土氧化物CeO2作為陽極制備的原料，CeO2作為一種混合離子導體，電池工作的時候反應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)明按以下步驟實現(xiàn)1.預處理將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)點在于采用了阻擋層從熱力學上有效的阻擋了界面間的有害化學反應，所制得的陽極空隙率適宜、電導率高、與電解質(zhì)有很好的化學相容性和熱穩(wěn)定性，能極大的改善電池的電化學性能及使用壽命，而且成本較低，工藝簡單，容易控制。
具體實施例方式實施例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％，電導率為971S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為98mV。
實施例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％，電導率為923S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為109mV。
實施例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％，電導率為872S·cm-1，在550mA/cm2的電流密度下，陽極極化值為126mV。
實施例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現(xiàn)(1)預處理將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