專利名稱：固體氧化物燃料電池結構及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池領域，特別涉及一種固體氧化物燃料電池結構及其制備方法。
背景技術：
隨著石油的枯竭，以及人們所面臨的環(huán)境惡化問題的嚴重，研究和開發(fā)新的能源轉換技術成為當今社會的主流想法，固體氧化物燃料電池由于具有環(huán)境友好、能量轉換效率高和燃料適應廣泛等優(yōu)點，成為人們的研究熱點，其基本的工作原理是一種將化學能直接轉化成電能的全固態(tài)電化學發(fā)電裝置，是世界各國競相發(fā)展的一種新型綠色能源技術， 也是解決目前能源與環(huán)境危機的最好途徑。然而，固體氧化物燃料電池技術由于成本、穩(wěn)定性和效率等問題，面臨極大的挑戰(zhàn)，因此開發(fā)和研究新型的固體氧化物燃料電池技術以提高其性能，具有重要的經濟價值和社會效益，對人類的可持續(xù)發(fā)展起到了關鍵的作用?，F(xiàn)在的固體氧化物燃料電池由陰極、電解質和陽極構成，其使用的材料分別為陰極I^a8Sra2MnO3(LSM)，電解質YSZ，陽極Ni_YSZ。其中，陰極由于具有吸附氧的能力和解離氧的性能，LSM的傳導能力較好，但其對氧的吸附和解析能力一般，由于電池的性能在某種意義上取決于陰極的性能，因此它在整個系統(tǒng)中具有非常重要的作用，為了提高燃料電池的效率，有必要對陰極進行改性，提高陰極的性能，從而提高固體氧化物燃料電池的性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能的固體氧化物燃料電池結構。本發(fā)明采用的技術方案為該結構由上至下依次為電池陰極層、電解質層以及電池陽極層，所述電池陰極層由上至下分為I^rBaC02O5層和LSM層，電解質層為YSZ，電池陽極層為Ni-YSZ ；其中， PrBaCo2O5層的厚度為2-4微米。本發(fā)明還提供了一種所述固體氧化物燃料電池結構的制備方法，具體為在YSZ 電解質層的一側表面采用表面涂敷技術制備LSM陰極層，在另一側表面采用表面涂覆技術制備M-YSZ陽極層，在LSM陰極層上采用磁控濺射等技術制備一層厚度為2-4微米的 PrBaCo2O5層，并在700-900°C的條件下進行50-80min的保溫熱處理，即可得到所述電池結構。本發(fā)明的優(yōu)點為由于I^BaCo2O5具有較高的高催化性能，氧體擴散系數(shù)，表面交換系數(shù)及氧離子遷移能力，因此采用ft~BaCO205-LSM/YSZ/Ni-YSZ結構及材料體系，能夠提高陰極的吸附氧的能力和解離氧的性能；又由于I^rBaC02O5層比較薄，將吸附的氧傳給LSM層，同時又利用了 LSM的優(yōu)點，因此，該結構及材料體系具有改善固體氧化物燃料電池陰極性能的特點。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖中標號I-PrBaCo2O5層；2-LSM層；3-電解質層；4-電池陽極層。
具體實施例方式一種固體氧化物燃料電池結構及其制備方法，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明實施例1 電池結構以電解質層3為支撐，采用YSZ作為電解質材料，在電解質層3 —側表面刷涂一層作為固體氧化物燃料電池陰極的LSM(IAl8Sa2MnO3)層2，在電解質層3另一側制備材料為M-YSZ的電池陽極層4，在LSM層2上采用磁控濺射技術制備薄薄的一層厚度約 2微米的I^BaCo2O5層1，將經過磁控濺射之后所形成的薄膜，經過在800°C保溫1小時熱處理之后，形成新型結構核材料體系的固體氧化物燃料電池。實施例2:電池結構以電解質層3為支撐，采用YSZ作為電解質材料，在電解質層3 —側表面刷涂一層作為固體氧化物燃料電池陰極的LSM(IAl8Sa2MnO3)層2，在電解質層3另一側制備材料為M-YSZ的電池陽極層4，在LSM層2上采用磁控濺射技術制備薄薄的一層厚度約 3微米的I^BaCo2O5層1，將經過磁控濺射之后所形成的薄膜，經過在700°C保溫SOmin熱處理之后，形成新型結構核材料體系的固體氧化物燃料電池。實施例3:電池結構以電解質層3為支撐，采用YSZ作為電解質材料，在電解質層3 —側表面刷涂一層作為固體氧化物燃料電池陰極的LSM(IAl8Sa2MnO3)層2，在電解質層3另一側制備材料為M-YSZ的電池陽極層4，在LSM層2上采用磁控濺射技術制備薄薄的一層厚度約 4微米的I^BaCo2O5層1，將經過磁控濺射之后所形成的薄膜，經過在900°C保溫50min熱處理之后，形成新型結構核材料體系的固體氧化物燃料電池。
權利要求
1.固體氧化物燃料電池結構，由上至下依次為電池陰極層、電解質層以及電池陽極層， 其特征在于，所述電池陰極層由上至下分為I^rBaC02O5層和LSM層，電解質層為YSZ，電池陽極層為Ni-YSZ ；其中，PrBaCo2O5層的厚度為2_4微米。
2.固體氧化物燃料電池結構的制備方法，其特征在于，在YSZ電解質層的一側表面采用表面涂敷技術制備LSM層，在另一側表面采用表面涂覆技術制備M-YSZ陽極層，在LSM 陰極層上采用磁控濺射等技術制備一層厚度為2-4微米的I^BaCo2O5層，并在700-900°C的條件下進行50-80min的保溫熱處理。
全文摘要
本發(fā)明屬于固體氧化物燃料電池領域，特別涉及一種固體氧化物燃料電池結構及其制備方法。該電池結構由上至下依次為電池陰極層、電解質層以及電池陽極層，所述電池陰極層由上至下分為PrBaCo2O5層和LSM層，電解質層為YSZ，電池陽極層為Ni-YSZ；其中，PrBaCo2O5層的厚度為2-4微米。由于PrBaCo2O5具有較高的高催化性能，氧體擴散系數(shù)，表面交換系數(shù)及氧離子遷移能力，因此采用PrBaCo2O5-LSM/YSZ/Ni-YSZ結構及材料體系，能夠提高陰極的吸附氧的能力和解離氧的性能，具有改善固體氧化物燃料電池陰極性能的特點。
文檔編號H01M4/90GK102347495SQ20111031898
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2011年10月19日
發(fā)明者崔興華, 張東博, 曹健 申請人:華北電力大學