一種燃料電池及其制備方法以及燃料電池陽極材料技術

本發明專利技術提供了一種燃料電池陽極材料，屬于燃料電池領域，其由鈣鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，燃料電池陽極材料中銀漿的含量為20～50wt％。相較于傳統的浸漬法制備陽極材料，該燃料電池陽極材料采用直接混合的方式，操作更為簡單，更容易對導電率進行調節。本發明專利技術還提供了一種燃料電池及其制備方法，該方法采用上述燃料電池陽極材料，通過混入銀漿，降低了陽極材料的燒結溫度，使得陽極材料和陰極材料能夠在中溫區實現共燒結，大大的簡化了生產工藝，節約了生產成本。該燃料電池具有使用壽命更長，陽極材料導電率高、結合力強的特點。

Fuel cell, preparation method thereof and anode material of fuel cell

The present invention provides a fuel cell anode material, belonging to the field of fuel cell, which is composed of perovskite type anode precursor powder and silver paste, binder system, content of anode materials for fuel cell silver slurry is 20 ~ 50wt%. The anode material of the fuel cell is directly mixed with the anode material compared with the traditional impregnation method, so the operation is simpler and the conductivity is easier to be adjusted. The invention also provides a fuel cell and a preparation method thereof, the method uses the fuel cell anode materials, by mixing paste, reduce the sintering temperature of anode materials, the anode and cathode materials can realize in the sintering temperature, greatly simplifies the production process, saves the production cost. The fuel cell has the advantages of long service life, high conductivity of the anode material and strong adhesive force.

【技術實現步驟摘要】
一種燃料電池及其制備方法以及燃料電池陽極材料
本專利技術涉及燃料電池領域，具體而言，涉及一種燃料電池及其制備方法以及燃料電池陽極材料。
技術介紹
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效環保的發電裝置，能夠將燃料的化學能直接轉化為電能。傳統SOFC一般使用Ni-YSZ金屬陶瓷作為電池陽極。這種陽極材料，具有催化活性高、電導率高以及機械強度高等優點。然而，這種材料對燃料氣體中的雜質敏感度極高，在使用碳氫化合物作燃料時會在Ni顆粒表面形成碳沉積。此外，在還原氧化循環過程中，Ni與NiO之間的互相轉換會對陽極結構造成損害，從而導致SOFC性能下降。近年來對SOFC陽極的研究主要集中于一些不含金屬Ni的新型陽極材料。其中，LaCrO3基的鈣鈦礦型陽極材料由于其在高溫下(～1000℃)具有良好的氧化還原穩定性，在SOFC領域得到了廣泛的關注和應用。LaCrO3基陽極材料在一些燃料電池的應用中，其電化學性能已經能與傳統的Ni-YSZ陽極相當，并且不會發生積碳現象。但是，現有技術中，LaCrO3基陽極材料在中溫區的導電率并不高，以最常見的La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)為例，其在900℃氫氣氣氛下的電子電導率僅有1.49S·cm-1，過低的電子電導會導致電極歐姆損耗增大，從而影響SOFC性能。目前，常用的提高LaCrO3基陽極材料電子電導率的方法是通過浸漬法在多孔的LaCrO3基陽極材料中加入電導率高的金屬材料，例如Ag、Cu等。然而，浸漬法存在著一些缺點：首先是此方法繁瑣，并且需要多次操作；其次是金屬材料的添加量受到限制；最后是通過浸漬法制備到電極多孔層內的金屬顆粒與電極顆粒之間的結合強度較差。另一方面，目前由于陽極材料的燒結溫度一般高于陰極材料的燒結溫度，SOFC電極材料的制備往往需要經過多次煅燒，導致SOFC電極制備過程復雜，制作成本高。
技術實現思路
本專利技術的第一目的在于提供一種燃料電池陽極材料，其簡單易得，能與電解質實現緊密結合，并且能夠提高燃料電池陽極的導電率。本專利技術的第二目的在于提供一種燃料電池的制備方法，其簡化了生產工藝、節約了生產成本，并且有效地增強了電池陽極材料與電解質的結合力，提高了燃料電池陽極的導電率。本專利技術的第三目的在于提供一種燃料電池，其電池陽極材料與電解質結合緊密，電池陽極的導電率高，使用壽命長。本專利技術的實施例是這樣實現的：一種燃料電池陽極材料，其由鈣鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，其中，燃料電池陽極材料中銀漿的含量為20～50wt％。一種燃料電池的制備方法，包括：將上述燃料電池陽極材料涂覆于電解質支撐體的一面，同時將陰極材料涂覆于所述電解質支撐體的另一面，在800～900℃溫度下燒結1～5h。一種燃料電池，由上述燃料電池的制備方法制得。本專利技術實施例的有益效果是：本專利技術提供了一種燃料電池陽極材料，由鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，相較于傳統的浸漬法制備陽極材料，方法更為簡單。并且金屬材料的添加量不受限制，能夠更好地對陽極材料的導電率進行調節。而且，該電池陽極材料與電解質的結合力更強。本專利技術提供了一種燃料電池的制備方法，該方法采用上述燃料電池陽極材料，通過混入銀漿，降低了陽極材料的燒結溫度，使得陽極材料和陰極材料能夠在中溫區實現共燒結，大大的簡化了生產工藝，節約了生產成本。本專利技術提供了一種燃料電池，其由上述方法制得，其陽極材料具有導電率高、結合力強的特點，整個燃料電池的使用壽命更長。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本專利技術的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1是本專利技術實施例3所提供的一種燃料電池在陽極一側的斷面掃描電鏡圖；圖2是本專利技術實施例3所提供的一種燃料電磁的陽極材料的電導率曲線，圖中，A為在空氣氛圍下的測試結果，B為在氫氣氛圍下的測試結果；圖3是本專利技術實施例4所提供的一種燃料電池的陽極材料的X射線衍射圖譜，包括LSCM粉料以及LSCM與銀漿的復合材料；圖4是本專利技術實施例1～4以及對比例所提供的一種燃料電池的陽極材料在800℃氫氣氛圍下的交流阻抗譜，圖中：A為對比例的測試結果，B為實施例1的測試結果，C為實施例2的測試結果，D為實施例3的測試結果，E為實施例4的測試結果；圖5是本專利技術實施例3以及對比例所提供的一種燃料電池在800℃的電流-電壓以及電流-功率曲線，圖中：A為對比例的電流-電壓曲線，B為實施例3的電流-電壓曲線，C為對比例的電流-功率曲線，D為實施例3的電流-功率曲線。具體實施方式為使本專利技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。下面對本專利技術實施例的一種燃料電池及其制備方法以及燃料電池陽極材料進行具體說明。一種燃料電池陽極材料，其由鈣鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，燃料電池陽極材料中銀漿的含量為20～50wt％。其中，鈣鈦礦型陽極前驅粉體的主要成分為LaCrO3基鈣鈦礦或SrTiO3基鈣鈦礦。優選地，鈣鈦礦型陽極前驅粉體的主要成分為LaxSr1-xCryMn1-yO3-δ、LaxSr1-xCryRu1-yO3-δ、LaxSr1-xCryV1-yO3-δ和LaxSr1-xCoyTi1-yO3-δ中的任一種，優選為La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)。鈣鈦礦型陽極材料在高溫下具有良好的氧化還原穩定性，長期使用下不會出現積碳現象，使用壽命長。進一步地，鈣鈦礦型陽極前驅粉體采用固相反應法制備得到，以LaxSr1-xCryMn1-yO3-δ為例，具體步驟如下：將原料La2O3、SrCO3、Cr2O3和MnCO3按照化學計量比稱量后置于球磨罐中，以氧化鋯球為球磨介質、蒸餾水為溶劑，在行星式球磨機上球磨6～10h，得到混合漿料。其中，球磨機轉速為每分鐘300～800轉。隨后，將混合漿料置于80～120℃的溫度下烘干，經過研磨、過80目篩后得到混合粉料，將混合粉料置于中溫爐內，于1300～1700℃的溫度下，在空氣氣氛中煅燒24～36h。將煅燒后的混合粉體再次進行球磨、烘干、研磨、過篩等步驟之后，得到所需的LSCM陽極粉料。用該方法制得的鈣鈦礦型陽極前驅粉體成分穩定，顆粒粒度均勻，適合用于燃料電池陽極材料的制備。銀漿為市面上可以直接購得的燒結性導電銀漿。通常情況下，銀漿包括銀粉78～82wt％和玻璃料18～22wt％。銀是導電性能最好的金屬之一，其在20℃下的電阻率僅為1.586×10-8Ω·m，在電池陽極中加入銀可以有效地增加電池陽極的導電性能。進一步地，玻璃料在燒結過程中呈熔融狀態，有利熱量的均勻分布，能夠有效地降低陽極材料的燒結溫度，并在燒結完成后，均勻分散于電池陽極中，以增強電極顆粒與電解質之間的結合力。進一步地，粘結劑為乙基纖維素和松油醇的混合物。乙基纖維素是一種常用的粘結材料，其不易燃燒、熱穩定性好、具有優良的熱塑性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池陽極材料，其特征在于，由鈣鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，所述燃料電池陽極材料中所述銀漿的含量為20～50wt％。

【技術特征摘要】
1.一種燃料電池陽極材料，其特征在于，由鈣鈦礦型陽極前驅粉體與銀漿、粘結劑混合制得，所述燃料電池陽極材料中所述銀漿的含量為20～50wt％。2.根據權利要求1所述的燃料電池陽極材料，其特征在于，所述銀漿包括銀粉78～82wt％和玻璃料18～22wt％。3.根據權利要求1所述的燃料電池陽極材料，其特征在于，所述粘結劑為乙基纖維素和松油醇的混合物。4.根據權利要求3所述的燃料電池陽極材料，其特征在于，所述粘結劑中的所述乙基纖維素與所述松油醇的質量比為1:15～20。5.根據權利要求1所述的燃料電池陽極材料，其特征在于，所述粘結劑的用量為所述鈣鈦礦型陽極前驅粉體與所述銀漿的質量總和的1.3～1.7倍。6.根據權利要求1所述的燃料電池陽極材料，其特征在于，所述鈣鈦礦型陽極前驅粉體的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何壽成，汪繼濤，裴海鵬，諸華軍，
申請(專利權)人：鹽城工學院，
類型：發明
國別省市：江蘇,32