一种约束型固体氧化物燃料电池及电堆的制作方法

本技术涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种约束型固体氧化物燃料电池及电堆。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池（sofc）是基于陶瓷材料的全固态能量转换装置，通过高温电化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能，所用燃料可以是氢气、一氧化碳以及其他碳氢化合物。

2、sofc常见的结构类型有管式和平板式两种。两种电池结构各自具有不同的特点，因而应用的范围也不同。平板型sofc的优点是制备工艺简单，造价低；而且平板型sofc电流收集均匀，流经路径短，所以平板型电池的输出功率密度也较管式高。

3、平板式sofc在烧制大尺寸单电池时，总是会遇到烧结后样品不平整的问题。单电池的平整度不足，会给电池组装成堆带来很大的困难，阻碍了燃料电池的大规模应用。cn207426028u公开了一种半电池对称的固体氧化物燃料电池，该方法在单电池结构的基础上以阳极支撑层为中心对称地制备了阳极活性层和电解质层。由于阳极支撑层为多孔结构，但是电解质层为致密结构，致密的电解质层会阻挡气体的传输，所以在后续的加工中仍需要去除多余的阳极活性层和电解质层。通过对称烧结的方式使其达到我们的要求，但是这不仅提高了整体工艺的复杂性，同时也会增加次品率、提高生产成本。

4、于是，发明人有鉴于此，秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种约束型固体氧化物燃料电池及电堆，以期达到更具有实用价值的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的固体氧化物电池烧结平整性问题，提供一种约束型固体氧化物燃料电池，该约束型固体氧化物燃料电池具有制备方法简单，无需后续处理的特点。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、一种约束型固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑层，以及设置在所述阳极支撑层一侧的阳极功能层，设置在所述阳极功能层上的电解质层、设置在所述电解质层上的阴极层；所述阳极支撑层远离阳极功能层的另一侧面上沿其周向设置的第一约束条，第一约束条围合形成封闭区域。

4、优选地，所述第一约束条的厚度为10-30μm；宽度为5-15mm。

5、优选地，在所述第一约束条形成的区域内还设有至少一个第二约束条。

6、优选地，当所述第二约束条的数量大于1时，各第二约束条是相互平行的。

7、优选地，在所述第一约束条形成的区域内还设有至少一个与第二约束条相交的第三约束条。

8、优选地，当所述第三约束条的数量大于1时，各第三约束条是相互平行的。

9、优选地，所述第二约束条的厚度为10-20μm；宽度为1-10mm。

10、优选地，所述第三约束条的厚度为10-20μm；宽度为1-10mm。

11、优选地，所述的约束型固体氧化物燃料电池还包括：设置在所述电解质层和所述阴极层之间的阻隔层。

12、优选地，所述阳极支撑层为流延法或干压法制备。

13、优选地，所述阳极功能层、电解质层、阻隔层和约束层均采用丝网印刷的方法制备。

14、优选地，所述阳极功能层、电解质层和阻隔层可以是一次烧结完成的，也可以是多次烧结完成的。

15、优选地，烧结时约束层与承烧板接触，承烧板为多孔陶瓷板，包括但不限于多孔锆板，升温速度应根据不同约束层的结构进行相应的调整

16、一种电堆，包括若干个堆叠的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池为约束型固体氧化物燃料电池。

17、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

18、1、在阳极支撑的固体氧化物燃料电池的支撑层外侧加工上一特定结构薄层，使电池在烧结过程中可以保持平整，取代了以往压板烧结的方式，消除了压板对电解质层或阻隔层造成损伤的风险；

19、2、相较于对称结构的固体氧化物燃料电池，本实用新型中工艺流程简单，能够显著提高生产效率；

20、3、本实用新型提供的约束型固体氧化物燃料电池具有良好的平整度（平整度σ=1.04)，无需后续处理，可直接使用，提高生产效率的同时降低产品的次品率，具有较高的社会使用价值和应用前景。

技术特征：

1.一种约束型固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑层（1），以及设置在所述阳极支撑层（1）一侧的阳极功能层（2），设置在所述阳极功能层（2）上的电解质层（3）、设置在所述电解质层（3）上的阴极层（5）；其特征在于，所述阳极支撑层（1）远离阳极功能层（2）的另一侧面上沿其周向设置的第一约束条（6），第一约束条（6）围合形成封闭区域。

2.根据权利要求1所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述第一约束条（6）的厚度为10-30μm；宽度为5-15mm。

3.根据权利要求1所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，在所述第一约束条（6）形成的区域内还设有至少一个第二约束条（7）。

4.根据权利要求3所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，当所述第二约束条（7）的数量大于1时，各第二约束条（7）是相互平行的。

5.根据权利要求3或4所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，在所述第一约束条（6）形成的区域内还设有至少一个与所述第二约束条（7）相交的第三约束条（8）。

6.根据权利要求5所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，当第三约束条（8）的数量大于1时，各第三约束条（8）是相互平行的。

7.根据权利要求3或4所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述第二约束条（7）的厚度为10-20μm；宽度为1-10mm。

8.根据权利要求6所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，所述第三约束条（8）的厚度为10-20μm；宽度为1-10mm。

9.根据权利要求1所述的约束型固体氧化物燃料电池，其特征在于，还包括设置在所述电解质层（3）和所述阴极层（5）之间的阻隔层（4）。

10.一种电堆，包括若干个堆叠的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池为权利要求1-9中任意一项所述的约束型固体氧化物燃料电池。

技术总结
本技术公开了一种约束型固体氧化物燃料电池及电堆，包括阳极支撑层，以及设置在所述阳极支撑层一侧的阳极功能层，设置在所述阳极功能层上的电解质层、设置在所述电解质层上的阴极层；所述阳极支撑层远离阳极功能层的另一侧面上设置有约束层；所述约束层为沿其周向设置的第一约束条，第一约束条围合形成封闭区域。本技术提供的阳极支撑的半电池具有良好的平整度和力学性能，无需后续处理，仅再制备一层阴极层即可直接使用，提高生产效率的同时降低产品的次品率，具有较高的社会使用价值和应用前景。

技术研发人员：王伟,蒋学鑫,王韶晖
受保护的技术使用者：安徽壹石通材料科学研究院有限公司
技术研发日：20221019
技术公布日：2024/1/13