一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池的制备方法

本发明涉及电池制备，尤其涉及一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池的制备方法。

背景技术：

1、固体氧化物电池(solid oxide cell，简称soc)是一种能源转换装置，可以作为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，简称sofc)将化学燃料(如h2、ch4、c3h8、c8h18、c2h5oh等)的化学能转化为电能，也可以作为固体氧化物电解池(solid oxideelectrolysis cell，简称soec)将h2o、co2还原成h2、co进行能源存储。

2、目前商用固体氧化物电池的支撑燃料极制备往往采用普通流延成型方法，添加石墨、淀粉等可以高温移除的有机物作为造孔剂。这种方法制备的支撑燃料极具有无序的孔道结构，不利于气体的物质传输。无序孔结构燃料极支撑的电池在低燃料(反应物)浓度下工作时会产生严重的浓差极化，电池性能降低，不利于提高电池的燃料利用率。因此，发展具有较低气体传输阻抗的支撑燃料极工程化制备技术尤为重要。

3、模板相转化法制备的树枝状结构燃料极，具有优异的气体传输能力，是一种有潜力的制备技术。然而传统方法采用不锈钢金属网作为模板，制备时必须通过机械方法将模板与树枝状燃料极进行分离，在制备大尺寸燃料极时，很容易造成燃料极的损坏，产品良率较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池制备方法，该方法在制备树枝状结构燃料极时，开创性地使用自牺牲网格模板，其可通过预烧工艺去除，避免模板与燃料极生坯的机械分离过程，可以提高产品的良率。并且在上下层模具中间添加密封圈和螺丝固定，有效增强上下层模具间的结合强度，避免相转化过程中上下层模具间的渗水问题，且通过螺丝固定后，可以实现装置的整体移动。本发明制备出的大尺寸树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池，具备非常优异的商业化应用性能。

2、本发明提供了一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池制备方法，所述所提供的技术方案如下：

3、(1)将支撑电极粉体、溶剂、粘结剂和分散剂在球磨罐中混合，充分球磨后得到初始浆料；

4、(2)对步骤(1)中制备的初始浆料进行过筛，除去浆料中的大颗粒，接下来在真空搅拌机中进行负压搅拌排出浆料中的气体，得到最终浆料；

5、(3)将步骤(2)制备的最终浆料先注入下层模具的浆料凹槽中，将自牺牲网格模板通过绷网器绷紧后置于所述下层浆料模具上方，上层模具通过四角的螺丝与下层模具固定，然后注入最终浆料于上层模具中，将整个模具置于水中进行相转化，相转化完成后，取下下层膜，将上层膜与自牺牲网格模板进行烘干，预烧后自牺牲网格模板被除去，得到树枝状结构燃料极；

6、(4)通过喷涂法在树枝状结构燃料极表面制备电解质层，烧结后获得半电池，再在电解质层表面喷涂阻隔层进行烧结，得到阻隔层；(5)最后在阻隔层上面喷涂空气极材料，烧结获得全电池。

7、优选地，所述自牺牲网格模板材质为聚酯纤维或者聚酰胺纤维材质，网格孔径为100～500目。

8、优选地，所述下层模具上有注入浆料的凹槽，槽深为1～2cm；且所述下层模具在所述注入浆料的凹槽外围1～20cm处有一圈宽度为2～50mm的凹槽，深度为1～50mm，此凹槽中用来放置密封胶条；所述下层模具的四个角有螺丝孔。

9、优选地，所述上层模具上有镂空的浆料注入位置，深度1～2cm；所述上层模具的四个角有螺丝孔。

10、优选地，所述下层模具、上层模具外边大小一致，且四个角的螺丝孔对齐，作为上下层浆料模具的对准位置和螺丝连接处，且上下层浆料注入的位置保持对齐且大小一致。

11、优选地，所述下层模具上的密封胶条的材质优选为橡胶或者硅胶。

12、优选地，所述上下层模具通过螺丝拧紧连接后，密封胶条被压紧，可以确保上下模具间不会有水渗入。

13、优选地，所述上层模具、下层模具均为不锈钢材质，以便相转化后的生坯脱模。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、(1)目前模板相转化法处于实验室阶段，制备的都是纽扣电池，电池尺寸很小，直径≤2cm，本发明方法可以成功制备大尺寸的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池。

16、(2)采用自牺牲网格模板代替传统的不锈钢筛网作为相转化的模板，一方面降低生产成本；另一方面，自牺牲网格模板直接可以通过燃料极生坯的预烧工艺去除，避免坯体与模板间的机械分离过程，降低生坯的损坏率，良率从50％提升至90％。

17、(3)自牺牲网格模板很容易的通过绷网器绷紧，可以得到具有平整底面的树枝状结构燃料极。

18、(4)上层模具和下层模具间通过橡胶条密封，防止在水中进行相转化时上下模具间水的渗入，另外，上层模具和下层模具间通过四个角的螺丝进行连接，有效防止上下模具间出现相对滑动。

技术特征：

1.一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下层模具上有注入浆料的凹槽，槽深为1～2cm；且所述下层模具在所述注入浆料的凹槽外围1～20cm处有一圈宽度为2～50mm的凹槽，深度为1～50mm，此凹槽中用来放置密封胶条；所述下层模具的四个角有螺丝孔。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述上层模具上有镂空的浆料注入位置，深度1～2cm；所述上层模具的四个角有螺丝孔。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下层模具、上层模具外边大小一致，且四个角的螺丝孔对齐，作为上下层浆料模具的对准位置和螺丝连接处，且上下层浆料注入的位置保持对齐且大小一致。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下层模具上的密封胶条的材质为橡胶或者硅胶。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述上下层模具通过螺丝拧紧连接后，密封胶条被压紧。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述上层模具、下层模具均为不锈钢材质。

技术总结
本发明公开一种改进的树枝状结构燃料极支撑型固体氧化物电池的制备方法。将固体氧化物电池燃料极支撑体浆料注入下层模具中，将自牺牲网格模板通过绷网器绷紧后置于所述下层模具上方，上层下层模具固定，然后注入固体氧化物电池支撑体浆料于上层模具中，置于水中进行相转化完成后，取下下层膜，除去自牺牲模板，得到枝状结构的支撑燃料极。本发明在制备树枝状结构燃料极时，开创性地使用自牺牲网格模板，其可通过预烧去除，避免模板与上层膜间的机械分离过程，将坯体良率从50％提高至90％。并且在上下层模具中间添加密封圈和螺丝固定，有效增强结合强度，避免相转化过程中渗水问题。本发明制备出的大尺寸电池，具备非常优异的商业化应用性能。

技术研发人员：夏长荣,张璐,宦道明
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15