一種固體氧化物燃料電池電解質膜及固體氧化物燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于燃料電池領域，涉及一種燃料電池的部件，具體涉及一種固體氧化物燃料電池電解質膜及固體氧化物燃料電池。
【背景技術】
[0002]固體氧化物燃料電池作為一種能夠直接將化學能轉化為電能的能量轉化裝置由于兼具能量轉化效率高、燃料適用廣泛等優點受到人們廣泛關注。如日本TOTO株式會社在申請號為201280016340.2的發明專利中通過在電解質中摻雜一部分氧化鋁開發出了一種能夠穩定工作90000小時固體氧化物燃料電池；美國LG燃料電池系統公司在申請號為201280045198.4和201280045187.6的發明專利中對燃料電池的系統進行了優化。
[0003]然而，到目前為止固體氧化物燃料電池發電的成本仍然較高，這主要與現有固體氧化物燃料電池生產和運行成本較高有關。現有固體氧化物燃料電池大多仍然采用傳統的氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)為電解質，工作溫度在750°C-1000°C。在如此高的溫度下長時間工作會導致電池各組件材料之間的副反應，電極微結構由于燒結而受到破壞等問題。除此之夕卜，較高的工作溫度使得固體氧化物燃料電池各組件可選的材料非常有限，不能采用成本相對低廉的密封和電極材料。
[0004]降低固體氧化物燃料電池的工作溫度到300_750°C溫度范圍有望顯著緩解上述問題，被普遍認為是實現其實用化的有效途徑。然而，固體氧化物燃料電池工作溫度的降低也會導致其輸出功率顯著衰減的問題。其中傳統的YSZ電解質氧離子電導活化能較高，隨著溫度的下降電解質離子傳導電阻顯著增加，已成為制約固體氧化物燃料電池中低溫化的關鍵因素之一。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型目的是為了克服現有技術的不足而提供了一種結構改進的固體氧化物燃料電池電解質膜。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種固體氧化物燃料電池電解質膜，所述電解質膜包括交替設置的第一電解質單元和第二電解質單元，所述第一電解質單元由氧離子導體相構成，所述第二電解質單元由質子導體相構成。
[0007]優選地，所述第一電解質單元和所述第二電解質單元分別有多個。
[0008]根據本發明的一個具體且優選方面，所述第一電解質單元與所述第二電解質單元均為長條狀，且其長度延伸方向與所述電解質膜的厚度方向垂直。進一步地，所述第一電解質單元的長度等于電解質膜的一條邊的寬度，所述第一電解質單元的厚度和所述第二電解質單元的厚度均等于電解質膜的厚度。
[0009]根據本發明的又一具體且優選方面，所述多個第一電解質單元和所述多個第二電解質單元沿著所述的電解質膜所在平面的長度方向和寬度方向交替排列。所述第一電解質單元和所述第二電解質單元的厚度等于所述電解質膜的厚度，所述第一電解質單元和所述第二電解質單元的長和寬分別為I?30微米。優選地，所述第一電解質單元和所述第二電解質單元的長和寬分別為2?20微米，更優選為2?10微米。
[0010]根據本發明，所述多個第一電解質單元的大小、形狀可以相同或不同；所述多個第二電解質單元的大小可以相同或不同，所述第一電解質單元與所述第二電解質單元的大小、形狀可以相同或不同。作為優選，所述多個第一電解質單元、第二電解質單元的大小、形狀均相同。
[0011 ]優選地，所述電解質膜通過3D打印機打印而成。
[0012]根據本實用新型，所述氧離子導體相和質子導體相是已知的，可以采用本領域常用的那些，沒有特別限制。例如，質子導體相可以為BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-s(BZCY)，氧離子導體相可以為Gd0.1Ceth9OL95(GDCK))、Gd0.2060.8019(60020)'Sm0.1CetK9OL95(SDClO)和Sm0.2Ce0.801.9(SDC20 )中的一種或幾種組成的混合物。
[0013]由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:本實用新型固體氧化物燃料電池電解質膜，包括交替設置的第一電解質單元和第二電解質單元，第一電解質單元由氧離子導體相構成，第二電解質單元由質子導體相構成，在傳統氧離子導體電解質膜中引入質子傳導通道可有效緩解電解質膜由于電池工作溫度降低而導致的離子電導顯著下降的問題，有利于實現固體氧化物燃料電池的中低溫化和實用化，從而有效降低固體氧化物燃料電池在中低溫工作條件下的離子電阻。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1中固體氧化物燃料電池電解質膜的平面圖；
[0015]圖2為圖1中固體氧化物燃料電池電解質膜A處的局部放大圖；
[0016]圖3為圖1中固體氧化物燃料電池電解質膜的剖視圖；
[0017]圖4為圖3中固體氧化物燃料電池電解質膜B處的局部放大圖；
[0018]圖5為實施例2中固體氧化物燃料電池電解質膜的平面圖；
[0019]其中，1、電解質本體;11、第一電解質單元;12、第二電解質單元;2、基片。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合附圖對本實用新型優選實施方案進行詳細說明:
[0021]實施例1
[0022]本實施例提供一種固體氧化物燃料電池電解質膜，如圖3和圖4所示，它形成在基片2的任一表面上，包括多個交替設置的第一電解質單元11和第二電解質單元12，第一電解質單元11由氧離子導體相構成，第二電解質單元12由質子導體相構成。這樣在傳統氧離子導體電解質膜中引入質子傳導通道可有效緩解電解質膜由于電池工作溫度降低而導致的離子電導顯著下降的問題，有利于實現固體氧化物燃料電池的中低溫(300?800°C)化和實用化。
[0023]在本實施例中，第一電解質單元11與第二電解質單元12為尺寸和形狀相同的長條狀，它們的長度延伸方向與電解質膜的厚度方向垂直，且長度等于電解質膜的一條邊的寬度，它們的厚度等于電解質膜的厚度。即如圖1和圖2所示。固體氧化物燃料電池電解質膜由多個第一電解質單元11和多個第二電解質單元12交替排列構成。該結構可通過在基片上先將第一電解質單元11通過3D打印機打印出來，然后再將第二電解質單元12打印出來。
[0024]第一電解質單元11和第二電解質單元12的寬度可以根據需要進行確定(第一電解質單元11的寬度和第二電解質單元12的寬度可以相同也可以不同；每個第一電解質單元11的寬度可以相同也可以不同，同樣每個第二電解質單元12的寬度可以相同也可以不同)。
[0025]本例中，質子導體相為BaZr0.1Ce0.7Y().203-s(BZCY)，而氧尚子導體相為選自Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC10)、Gd0.2CeQ.801.9(GDC20)、SmQ.1Ce().901.95(SDC10)和 SmtL2Ce0.801.9(SDC20)中的一種或幾種組成的混合物。
[0026]實施例2
[0027]本實施例提供一種固體氧化物燃料電池電解質膜，它形成在基片2的任一表面上，也包括多個交替設置的第一電解質單元11和第二電解質單元12，其材質與實施例1中的一致，不同的是:多個第一電解質單元11和多個第二電解質單元12沿著電解質膜的長度和寬度方向交替排列，如圖5所示，使得每一行中或者每一列中的相鄰兩個電解質單元為不同的電解質單元。在本實施例中，第一電解質單元11和第二電解質單元12的厚度為它們所構成電解質膜的厚度，第一電解質單元11和第二電解質單元12的長度和寬度均為3微米。
[0028]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述電解質膜包括交替設置的第一電解質單元和第二電解質單元，所述第一電解質單元由氧離子導體相構成，所述第二電解質單元由質子導體相構成。2.根據權利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述第一電解質單元和所述第二電解質單元分別有多個。3.根據權利要求1或2所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述第一電解質單元與所述第二電解質單元均為長條狀，且其長度延伸方向與所述電解質膜的厚度方向垂直。4.權利要求3所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述第一電解質單元的長度等于電解質膜的一條邊的寬度，所述第一電解質單元的厚度和所述第二電解質單元的厚度均等于電解質膜的厚度。5.根據權利要求2所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述多個第一電解質單元和所述多個第二電解質單元沿著所述的電解質膜所在平面的長度方向和寬度方向交替排列。6.根據權利要求1或5所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述第一電解質單元和所述第二電解質單元的厚度等于所述電解質膜的厚度，所述第一電解質單元和所述第二電解質單元的長和寬分別為I?30微米。7.根據權利要求2所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述多個第一電解質單元的大小、形狀相同或不同;所述多個第二電解質單元的大小相同或不同，所述第一電解質單元與所述第二電解質單元的大小、形狀相同或不同。8.根據權利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述電解質膜通過3D打印機打印而成。9.根據權利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質膜，其特征在于:所述質子導體相為1^21'().106().7￥().203-5，所述氧尚子導體相為6(1().106().901.95(60(]10)、6(1().206().801.9(60020)、Sm0.1Ce0.9(h.95( SDClO )和 S則.2Ce0.SO1.9( SDC20 )中的一種。10.—種固體氧化物燃料電池，其特征在于:含有如權利要求1至9中任一項權利要求所述的固體氧化物燃料電池電解質膜。
【專利摘要】本實用新型涉及一種固體氧化物燃料電池電解質膜及固體氧化物燃料電池，所述電解質膜包括交替設置的第一電解質單元和第二電解質單元，所述第一電解質單元由氧離子導體相構成，所述第二電解質單元由質子導體相構成。在傳統氧離子導體電解質膜中引入質子傳導通道可有效緩解電解質膜由于電池工作溫度降低而導致的離子電導顯著下降的問題，有利于實現固體氧化物燃料電池的中低溫化和實用化，從而有效降低固體氧化物燃料電池在中低溫工作條件下的離子電阻。
【IPC分類】H01M8/1253
【公開號】CN205231183
【申請號】CN201520988761
【發明人】龐勝利, 沈湘黔, 潘鐵政, 范景波, 趙程, 馮玉華
【申請人】蘇州攀特電陶科技股份有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月3日