乙基纤维素增强的泡沫镍-NCAL电极、燃料电池及制备方法

本发明涉及燃料电池电极制备，具体涉及一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极、电极组件、燃料电池及制备方法。

背景技术：

1、半导体离子燃料电池是一种低温固体氧化物燃料电池，其采用半导体材料和离子材料复合电解质，在电池运行条件下形成体异质结，通过两相材料界面所形成的内建电场促进离子传输并且阻碍电子传输，实现了传统电解质的功能。具有此结构的半导体离子燃料电池拥有优良的性能表现，目前半导体离子燃料电池常用电极为泡沫镍-nacl电极，其与半导体离子复合材料电解质构筑为单电池后在空气侧和燃料侧均具有良好的催化活性。但由于传统半导体离子燃料电池使用冷压方式将泡沫镍-ncal/半导体离子复合材料电解质/泡沫镍-ncal结合在一起，泡沫镍-ncal对称电极中ncal颗粒极易脱落，影响电池性能。因此需增强对称电极表面ncal负载的牢固性以及改善电池性能。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极、燃料电池及制备方法，具体采用如下技术方案：

2、一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极的制备方法，其包括如下步骤：

3、a.制备基底：采用泡沫镍网冲压出泡沫镍基底，将泡沫镍基底分别依次浸入去离子水、无水乙醇进行后处理，得到预处理泡沫镍基底，称量预处理泡沫镍基底质量；

4、b.制备浆料：采用乙基纤维素作为粘结剂，按照比例量取乙基纤维素、ncal粉末和松油醇并放入烧杯密封，经磁力搅拌均匀后得到混合浆料；

5、c.制备电极：量取适量的混合浆料，将混合浆料均匀刷涂在预处理泡沫镍基底表面，称量控制预处理泡沫镍基底的负载量并进行涂层固化处理，得到泡沫镍-ncal电极。

6、可选的：步骤b中量取乙基纤维素：ncal粉末：松油醇的质量比为1：75：25～5：75：25；所述ncal粉末的粒径范围为1.29～27.34μm。

7、可选的：步骤b中量取乙基纤维素：ncal粉末：松油醇的质量比为3：75：25。

8、可选的：步骤a中泡沫镍网的孔径为0.1～0.6mm，泡沫镍基底的直径为8～16mm，厚度为0.5～1.5mm。

9、可选的：所述后处理过程包括对泡沫镍基底进行超声清洗，清洗后进行烘箱干燥，其中超声清洗时间为5～20min，干燥温度为60～100℃，干燥时间为5～20min。

10、可选的：步骤b中量取乙基纤维素：ncal粉末：松油醇的质量比为1：75：25～10：75：25；所述ncal粉末的粒径范围为1.29～27.34μm。

11、可选的：步骤b中磁力搅拌的搅拌温度为25～40℃，搅拌速度为60～200rpm，搅拌时间为30～150min。

12、可选的：步骤c中称量控制预处理泡沫镍基底的负载量的步骤包括：

13、每次对预处理泡沫镍基底表面涂刷混合浆料后，称量预处理泡沫镍基底质量；

14、对比步骤a中预处理泡沫镍基底质量，使每片预处理泡沫镍基底上混合浆料负载量为0.17～0.25g。

15、可选的：所述涂层固化处理过程包括预处理泡沫镍基底刷涂后进行晾干，随后进行烘箱烘干；其中晾干温度为25～40℃，晾干时间为5～30min；烘箱烘干温度为100～200℃，烘干时间为5～30min。

16、本发明还公开有一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极，所述泡沫镍-ncal电极采用如上述的制备方法制备获得。

17、本发明进一步公开了一种燃料电池，其包括电解质层和位于两侧的电极，所述电极采用如上述的泡沫镍-ncal电极。

18、有益效果

19、本发明的技术方案获得了下列有益效果：

20、本发明中泡沫镍-ncal电极的制备方法通过采用乙基纤维素作为粘结剂，应用于泡沫镍-ncal电极制备，使得ncal在泡沫镍表面的负载强度提高，ncal颗粒之间结合更紧密，ncal颗粒更不易脱落，该方法使电极在冷压形成半导体离子燃料电池后，所制备电池峰值功率有所提高并且电池极化降低。

技术特征：

1.一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中量取乙基纤维素：ncal粉末：松油醇的质量比为1：75：25～5：75：25；所述ncal粉末的粒径范围为1.29～27.34μm。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b中量取乙基纤维素：ncal粉末：松油醇的质量比为3：75：25。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中泡沫镍网的孔径为0.1～0.6mm，泡沫镍基底的直径为8～16mm，厚度为0.5～1.5mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述后处理过程包括对泡沫镍基底进行超声清洗，清洗后进行烘箱干燥，其中超声清洗时间为5～20min，干燥温度为60～100℃，干燥时间为5～20min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中磁力搅拌的搅拌温度为25～40℃，搅拌速度为60～200rpm，搅拌时间为30～150min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中称量控制预处理泡沫镍基底的负载量的步骤包括：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂层固化处理过程包括预处理泡沫镍基底刷涂后进行晾干，随后进行烘箱烘干；其中晾干温度为25～40℃，晾干时间为5～30min；烘箱烘干温度为100～200℃，烘干时间为5～30min。

9.一种乙基纤维素增强的泡沫镍-ncal电极，其特征在于，所述泡沫镍-ncal电极采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备获得。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括电解质层和位于两侧的电极，所述电极采用如权利要求9所述的泡沫镍-ncal电极。

技术总结
本发明涉及一种乙基纤维素增强的泡沫镍‑NCAL电极、燃料电池及制备方法，该方法包括采用泡沫镍网冲压出泡沫镍基底，并将泡沫镍基底依次浸入去离子水、无水乙醇进行后处理，得到预处理泡沫镍基底并称量；按照比例量取乙基纤维素、NCAL粉末和松油醇，经磁力搅拌均匀后得到混合浆料；量取混合浆料，并均匀刷涂在预处理泡沫镍基底表面，称量控制预处理泡沫镍基底的负载量并进行涂层固化处理，得到泡沫镍‑NCAL电极。该方法使得NCAL在泡沫镍表面的负载强度提高，NCAL颗粒之间结合更紧密，NCAL颗粒更不易脱落，该方法使电极在冷压形成半导体离子燃料电池后，所制备电池峰值功率有所提高并且电池极化降低。

技术研发人员：王利刚,何运娟,张家耀,杨勇平
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13