一種固體氧化物燃料電池的電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電極材料領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池的電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]固體氧化物燃料電池為新型的能量轉換設備，它具有高效率、低污染的優點，受到廣泛的關注。固體氧化物燃料電池的電極為多孔金屬或金屬氧化物陶瓷。電極的多孔結構對電極形成氣體、催化劑、電解質的三相界面十分重要。只有形成充分的三相界面，電池才能具有良好的性能。專利CN103825032A在制備電池陽極時用面粉做造孔劑?’專利CN103811788A在制備電池電極時用粉狀的乙基纖維素加液體松油醇做造孔劑；專利CN103794804A在制備電池電極時用粉狀的乙基纖維素、淀粉、液體松油醇聚、丙醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇縮丁醛做造孔劑；專利CN103752831A—種多孔金屬膜的制備方法中，造孔劑采用粒狀尿素、聚甲基丙烯酸甲酯、粉狀的淀粉、氯化鈉、碳酸鈣等。粉狀、粒狀或液體造孔劑雖然能在電極燒結過程中，形成孔隙，但在電池上孔隙是不連續的，由此對電池燃料氣在電極的擴散產生阻力，影響電池性能的提高。
[0003]目前可以使用石墨為造孔劑，制備多孔的鎳基陽極，但是石磨著火點高，需要在900°C以上才能燒掉，由于制備的陽極材料可能選用Cu等熔點相對較低的材料，利用其低的催化活性提高抗積碳性能，因此需要降低陽極的燒結溫度。
[0004]隨著研究的不斷深入，研究者們發現以甲烷為燃料引起的積碳現象是由于溫度高于800K時，甲烷就會裂解而產生碳，優良的陽極材料與制備方法只能通過增大孔隙率進而增加三相界面以及降低電極電阻來降低積碳速率，即使以鈣鈦礦結構材料為陽極也同樣會產生積碳。在積碳情況下孔隙降低，影響電池使用甲烷作燃料的長期穩定性。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種固體氧化物燃料電池的電極的制備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0007]—種固體氧化物燃料電池的電極的制備方法，包括如下步驟:
[0008]S1、按質量比3: 1-5: 1稱取催化劑和電解質，置于汽爆罐內，先通入氮氣至汽爆罐內壓力為0.8-1.6MPa，爆破處理8_25min ;然后迅速通入蒸汽至汽爆罐內壓力為
1.4-1.9MPa，蒸汽爆破處理0.5-2.3min，得粉體；
[0009]S2、取催化劑和電解質總質量的lwt% _10wt%的無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液；
[0010]S3、將步驟S1所得的粉體與催化劑和電解質總質量的5wt% _15wt%的耐化學品改性劑混合均勻后置于雙螺桿擠出機內，通過液體喂料栗將所得的分散液注入雙螺桿擠出機，共混后，水全部蒸發，得混合物A ;
[0011]S4、將所得的混合物A置于研缽中，加入催化劑和電解質總質量的5wt% -25wt%的韌性絲狀含碳材料至研缽，研磨至沒有明顯絲狀材料；再加入催化劑和電解質總質量的35wt% _55被％的α -松油醇和乙基纖維素研磨均勻形成電極材料；
[0012]S5、在固體氧化物燃料電池電解質表面磁控反應濺射具有擇優暴露晶面的摻雜氧化鈰催化薄膜，其濺射參數為:靶基距為6-lOcm，基片臺的轉速在3-20圈/分鐘，濺射氣壓為0.1Pa-l.3Pa，濺射功率密度P = 5-13W/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在30-600 °C ；
[0013]S6、將步驟S4所得的電極材料涂覆于步驟S5所得的固體氧化物燃料電池電解質一側，放入馬弗爐中加熱使得韌性絲狀含碳材料充分燒掉，自然冷卻降至室溫，得電極。
[0014]優選地，所述α-松油醇和乙基纖維素的質量比為1: 3。
[0015]優選地，所述催化劑是鎳基催化劑、氧化飾基催化劑或鈣鈦礦結構的催化劑。
[0016]優選地，所述電解質是螢石結構的電解質和鈣鈦礦結構的電解質。
[0017]優選地，所述韌性絲狀含碳材料為真絲、絲狀碳纖維、絲狀聚丙烯纖維、滌綸纖維中的一種。
[0018]優選地，所述摻雜氧化鈰催化薄膜的總厚度為6納米-5微米。
[0019]優選地，所述摻雜氧化鈰催化薄膜為LnxByCei x y02 d，其中Ln為Pr、Nd、、Tb、T1、Zr、Sn、Cu、Zn、Co、Nb 中的一種，B 為 Pr、Nd、Eu、Tb、Sn、Cu、Zn、Co、Nb、La、Sm、Gd、Y、Mn 中的一種，0彡x彡0.4 ;0彡y彡0.3 ;0彡d彡0.30
[0020]優選地，所述的耐化學品改性劑為含氟類添加劑，分子量為1000-10000，為粉體。
[0021]本發明具有以下有益效果:
[0022]通過簡單方便的操作流程得到了高孔隙率和長孔道結構的電極，通過摻雜氧化鈰催化薄膜的設置，降低了電池的極化電阻，提高了電池性能。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0024]以下實施例中所述α_松油醇和乙基纖維素的質量比為1: 3;所述催化劑是鎳基催化劑、氧化鈰基催化劑或鈣鈦礦結構的催化劑；所述電解質是螢石結構的電解質和鈣鈦礦結構的電解質；所述韌性絲狀含碳材料為真絲、絲狀碳纖維、絲狀聚丙烯纖維、滌綸纖維中的一種；所述摻雜氧化鈰催化薄膜的總厚度為6納米-5微米；所述摻雜氧化鈰催化薄膜為 LnxByCei x y02 d，其中 Ln 為 Pr、Nd、、Tb、T1、Zr, Sn、Cu、Zn、Co、Nb 中的一種，B 為Pr、Nd、Eu、Tb、Sn、Cu、Zn、Co、Nb、La、Sm、Gd、Y、Mn 中的一種，0 彡 x 彡 0.4 ;0 彡 y 彡 0.3 ;O^d^0.3，所述無機納米粒子為納米二氧化硅，所述的耐化學品改性劑為含氟類添加劑，分子量為1000-10000，為粉體。
[0025]實施例1
[0026]S1、按質量比3: 1稱取催化劑和電解質，置于汽爆罐內，先通入氮氣至汽爆罐內壓力為0.8MPa，爆破處理25min ;然后迅速通入蒸汽至汽爆罐內壓力為1.4MPa，蒸汽爆破處理2.3min，得粉體；
[0027]S2、取催化劑和電解質總質量的lwt%的無機納米粒子通過超聲波振蕩設備分散于純凈水中形成無機納米粒子分散液；
[0028]S3、將步驟S1所得的粉體與催化劑和電解質總質量的5wt%的耐化學品改性劑混合均勻后置于雙螺桿擠出機內，通過液體喂料栗將所得的分散液注入雙螺桿擠出機，共混后，水全部蒸發，得混合物A ；
[0029]S4、將所得的混合物A置于研缽中，加入催化劑和電解質總質量的5wt %的韌性絲狀含碳材料至研缽，研磨至沒有明顯絲狀材料；再加入催化劑和電解質總質量的35被％的α-松油醇和乙基纖維素研磨均勻形成電極材料；
[0030]S5、在固體氧化物燃料電池電解質表面磁控反應濺射具有擇優暴露晶面的摻雜氧化鈰催化薄膜，其濺射參數為:靶基距為6cm，基片臺的轉速在3圈/分鐘，濺射氣壓為
0.1Pa，濺射功率密度P = 5W/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2，濺射基底溫度在30°C ；
[0031]S6、將步驟S4所得的電極材料涂覆于步驟S