專利名稱：一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的電解質(zhì)隔膜的制備方法，尤其是一種固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)隔膜的制備方法。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)的單電池，是在固體氧化物電解質(zhì)隔膜的兩個(gè)面上配置陽(yáng)極和陰極制成，其電解質(zhì)隔膜制造方法有軋膜成型和流延成型兩種。采用軋膜成型方法生產(chǎn)出來(lái)的燃料電池電解質(zhì)隔膜存在密度不均勻、機(jī)械強(qiáng)度差等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電解質(zhì)隔膜的使用性能。采用流延成型方法生產(chǎn)出來(lái)的燃料電池電解質(zhì)隔膜，因?yàn)樗褂玫娜€(wěn)定二氧化鋯的粉體比表面積大，容易出現(xiàn)流延開(kāi)裂等質(zhì)量缺陷，且對(duì)制造環(huán)境的氣候非常敏感，在一般濕度環(huán)境中，當(dāng)流延厚度超過(guò)0.2mm時(shí)，此缺陷更加容易產(chǎn)生。因而將電解質(zhì)隔膜作為支撐基板受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)隔膜的制備方法，能較好地克服上述所存在的缺陷，所制作電解質(zhì)隔膜基板產(chǎn)品強(qiáng)度高，并且不會(huì)因?yàn)橹谱鳝h(huán)境氣候的變化而影響質(zhì)量。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
(1)以加有穩(wěn)定劑的氧化鋯(ZrO2)為電解質(zhì)材料，加入成型助劑后投入球磨機(jī)中分散13～24小時(shí)，再加入PVB溶液繼續(xù)混磨13～24小時(shí)得到漿料；(2)將該漿料在9.5×104～105Pa的負(fù)壓環(huán)境下保持10～30分鐘進(jìn)行真空脫泡，并持續(xù)6～12小時(shí)的陳腐處理；(3)進(jìn)行流延制成生膜帶，再經(jīng)模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層2～3層，然后放入靜水壓機(jī)中以壓力30～60MPa、溫度50～90℃的條件下進(jìn)行壓合成坯片，壓合時(shí)間為20～40分鐘；(5)將坯片作表面粗化處理，再?zèng)_切成型；(6)將成型的坯片裝窯燒結(jié)。
所述穩(wěn)定劑為3～10mol％氧化鈧(Sc2O3)和0.5～2mol％氧化鈰(CeO2)；或3～10mol％氧化釔(Y2O3)；或0～8mol％氧化鈧和3～6mol％氧化釔。
所述成型助劑包括分散劑和甲苯、異丙醇混合溶劑。分散劑和溶劑加入量分別占電解質(zhì)材料的0.5～3.0％和30～50％，PVB溶液加入量為30～45％。
本發(fā)明所采用的制備燃料電池電解質(zhì)隔膜方法，不受制作環(huán)境溫度和濕度變化的影響，不會(huì)因?yàn)榱餮雍穸仍黾佣鴮?dǎo)致坯帶的開(kāi)裂。所生產(chǎn)出來(lái)的電解質(zhì)隔膜結(jié)構(gòu)致密、高溫電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高。本發(fā)明適合于工廠規(guī)?；a(chǎn)，可提高生產(chǎn)效率，降低成本，環(huán)境污染較小。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1稱量以3～10mol％氧化鈧(Sc2O3)和0.5～1mol％氧化鈰(CeO2)為穩(wěn)定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，將其與預(yù)先配制好的甲苯、異丙醇、分散劑等成型助劑一起投入到球磨機(jī)中分散13～24小時(shí)。然后，加入適當(dāng)?shù)腜VB溶液，繼續(xù)混磨13～24小時(shí)后出漿。把該漿料經(jīng)真空脫泡和陳腐處理，并測(cè)量粘度合格，再進(jìn)行流延。流延出來(lái)的生膜帶經(jīng)模具沖切成形，經(jīng)疊層3層、然后在靜水壓機(jī)中以35MPa的壓力下壓合30分鐘，并表面粗化處理，最后燒結(jié)和質(zhì)量檢驗(yàn)后成為產(chǎn)品。所制成燃料電池電解質(zhì)隔膜的規(guī)格為99.5mm×99.5mm，厚度為0.30mm，正表面粗糙度為0.4～1.0μm，背表面粗糙度為0.2～0.6μm，翹曲度≤0.05/25.4mm，體積密度6.0g/cm3。
實(shí)施例2稱量以8mol％氧化釔(Y2O3)為穩(wěn)定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，經(jīng)與實(shí)施例1相同的工藝環(huán)節(jié)處理后成為產(chǎn)品。所制成燃料電池電解質(zhì)隔膜的規(guī)格為300mm×300mm，厚度為0.05～0.3mm，正表面粗糙度Ra為0.4～1.0μm，背表面粗糙度為0.2～0.6μm，翹曲度≤0.06/25.4mm。體積密度為5.9g/cm3。
實(shí)施例3稱量0～8moL％氧化鈧(Sc2O3)和3～6mol％氧化釔(Y2O3)為穩(wěn)定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，將其與預(yù)先配制好的甲苯、異丙醇、分散劑等成型助劑一起投入到球磨機(jī)中分散13～24小時(shí)。然后，加入適當(dāng)?shù)腜VB溶液，繼續(xù)混磨13～24小時(shí)后出漿。把該漿料經(jīng)真空脫泡和陳腐處理，并測(cè)量粘度合格，再進(jìn)行流延。流延出來(lái)的生膜帶經(jīng)模具沖切成圓環(huán)形，經(jīng)疊層2層、然后在靜水壓機(jī)中以35MPa的壓力下壓合30分鐘，并表面粗化處理，最后燒結(jié)和質(zhì)量檢驗(yàn)后成為產(chǎn)品。電解質(zhì)隔膜內(nèi)徑為20mm、外徑為120mm、厚度為140μm，正表面粗糙度為0.4～1.0μm，背表面粗糙度Ra為0.2～0.6μm，翹曲度≤0.08/25.4mm。體積密度為6.0g/cm3。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法，其特征在于按以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)以加有穩(wěn)定劑的氧化鋯(ZrO2)為電解質(zhì)材料，加入成型助劑后投入球磨機(jī)中分散13～24小時(shí)，再加入PVB溶液繼續(xù)混磨13～24小時(shí)得到漿料；(2)將該漿料在9.5×104～105Pa的負(fù)壓環(huán)境下保持10～30分鐘進(jìn)行真空脫泡，并持續(xù)6～12小時(shí)的陳腐處理；(3)進(jìn)行流延制成生膜帶，再經(jīng)模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層2～3層，然后放入靜水壓機(jī)中以壓力30～60MPa、溫度50～90℃的條件下進(jìn)行壓合成坯片，壓合時(shí)間為20～40分鐘；(5)將坯片作表面粗化處理，再?zèng)_切成型；(6)將成型的坯片裝窯燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法，其特征在于所述穩(wěn)定劑為3～10mol％氧化鈧(Sc2O3)和0.5～2mol％氧化鈰(CeO2)；或3～10mol％氧化釔(Y2O3)；或0～8mol％氧化鈧和3～6mol％氧化釔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法，其特征在于所述成型助劑包括分散劑和甲苯、異丙醇混合溶劑；分散劑和溶劑加入量分別占電解質(zhì)材料的0.5～3.0％和30～50％，PVB溶液加入量為30～45％。
全文摘要
一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)隔膜的制備方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)以加有穩(wěn)定劑的氧化鋯為電解質(zhì)材料，加入成型助劑后投入球磨機(jī)中分散，再加入PVB溶液繼續(xù)混磨得到漿料；(2)將該漿料進(jìn)行真空脫泡和陳腐處理；(3)進(jìn)行流延制成生膜帶，再經(jīng)模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層，然后放入靜水壓機(jī)中壓合成坯片，并同時(shí)作表面粗化處理，再?zèng)_切成型；(5)將成型的坯片裝窯燒結(jié)。本發(fā)明所采用的制備燃料電池電解質(zhì)隔膜方法，不受制作環(huán)境溫度和濕度變化的影響，不會(huì)因?yàn)榱餮雍穸仍黾佣鴮?dǎo)致坯帶的開(kāi)裂。所生產(chǎn)出來(lái)的電解質(zhì)隔膜結(jié)構(gòu)致密、高溫電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)C08J5/22GK1794486SQ20051012131
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者謝燦生 申請(qǐng)人:潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司