專利名稱：一種固體氧化物燃料電池、功能梯度復(fù)合陰極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種固體氧化物燃料電池，尤其涉及ー種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰扱；本發(fā)明還涉及這種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)的發(fā)展過程中，人們越來越認(rèn)識到降低電池工作溫度的重要性。若能將電池工作溫度降低到中溫(700 800°C )，則能提高電極的穩(wěn)定性，減小熱應(yīng)力，延長電池壽命，還可使用廉價的金屬合金作 為電池的雙極板材料。在各種金屬合金中，含Cr金屬合金因具有成本低、易加工、電子電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高、機(jī)械穩(wěn)定性高、耐高溫以及抗氧化等優(yōu)點(diǎn)而成為最有前景的雙極板材料。在陰極氧化氣氛下，由于Cr優(yōu)先被氧化為三氧化ニ鉻Cr2O3 (固態(tài))而在合金的表面生成一層很薄的致密保護(hù)膜。但是，當(dāng)將含Cr金屬合金用于SOFC的雙極板吋，高價態(tài)Cr化合物的揮發(fā)是需要重點(diǎn)考慮的問題之一。如在陰極側(cè)的氧化氣氛下，特別是在水蒸氣存在的情況下，Cr基合金容易生成高揮發(fā)性的三氧化鉻CrO3(氣態(tài))和鉻酸CrO2(OH)2 (氣態(tài))等。Cr的揮發(fā)不但會加速Cr2O3氧化膜的生長，而且會造成Cr向多孔陰極的擴(kuò)散。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Teruhisa Horita 等人發(fā)表〈〈Chromium Poisoning and Degradation at (La, Sr)MnO3 and (La, Sr) FeO3 Cathodes for Solid Oxide Fuel Cells))(固體氧化物燃料電池(La，Sr)Mn03和(La, Sr)Fe03陰極材料的鉻中毒及性能下降)一文，見《Journal of TheElectrochemical Society))(電化學(xué)會志)157 (5) (2010) B614-B620。該文介紹當(dāng)有電流通過時，在(Laa8Sra2)a95MnO3陰極/Cea8Gda202電解質(zhì)界面處高價態(tài)的Cr化合物被還原為Cr2O3,—方面低導(dǎo)電性的Cr2O3的生成與聚集會降低SOFC的電輸出性能,另ー方面CrO3(氣態(tài))、鉻酸CrO2 (OH)2 (氣態(tài))和Cr2O3與陰極材料(La，Sr)MnO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成絕緣的尖晶石相(Cr，Mn)304(s)，同樣會使電池的性能急劇下降，這就是陰極的“Cr中毒”現(xiàn)象。因此，經(jīng)典的SOFC陰極材料(La, Sr)MnO3的抗Cr毒化性能是亟待解決的問題。b. P. Jiang 等人發(fā)表《La (Ni, Fe) 0。as a catnode material with high tolerance tochromium poisoning for solid oxide fuel cells》(抗絡(luò)毒化的固體氧化物燃料電池陰極材料 La (Ni, Fe) O3) —文，見《Journal of Power Sources》(電源技術(shù))170 (2007) 61-66。該文介紹了采用固相反應(yīng)合成法制備LaNia6Fea4O3和(Laa8Sra2)a9MnO3兩種陰極材料，并研究了其在和Fe-Cr合金連接體直接接觸時的性能。研究表明LaNia6Fea4O3具有比(La。.8Sr0.2)ο.9Μη03 更穩(wěn)定的電化學(xué)性能，在 LaNi0.6Fe0.403 表面和 LaNi0.6Fe0.403/YSZ 界面(YSZ :氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)上有極少量的Cr沉積，而在(Laa8Sra2)a9MnO3ASZ界面出現(xiàn)大量的Cr沉積以及尖晶石相(Cr，MrO3O4(S)，因此LaNia6Fea4O3是很有潛力的抗鉻毒化SOFC陰極材料。盡管如此，La (Ni, Fe) O3在相同的燒結(jié)溫度下，比經(jīng)典的(La，Sr) MnO3更易與ZrO2基電解質(zhì)反應(yīng)，如在溫度高于1000° C時LaNia6Fea4O3即與ZrO2基電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成絕緣的La2Zr2O7，大幅降低電池性能。另ー方面，由于LNF材料本身的特性，如LNF陰極材料在工作溫度下的再氧化以及隨后的氧空位濃度的下降，致使LNF陰極的初始性能并不是很好(見 S. I. Hashimoto, K. Kammer, P. H. Larsen, F. ff. Poulsen, M. Mogensen, SolidState Ionics 176(2005) 1013)。作者曾應(yīng)用低溫燃燒法合成LaNia6Fea4O3陰極材料，與ScSZ(ScaiZra9Oh95)電解質(zhì)做成雙電極對稱體系，測試陰極材料在和Fe-Cr合金直接接觸的條件下，于750° C開路條件下長時間運(yùn)行吋，F(xiàn)e-Cr合金對LaNia6Fea4O3陰極材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，750°C時陰極極化電阻由開始的0.70Ω ^cm2増加到370h的42. 86 Ω ·αιι2。SEM發(fā)現(xiàn)，LaNia6Fetl.403/ScSZ界面上沉積出低導(dǎo)電性的Cr2O3，減緩活性粒子在三相界面的擴(kuò)散，増加了陰極極化電阻。因此，作為抗鉻毒化的陰極材料，La (Ni，F(xiàn)e) O3性能還需要進(jìn)ー步改善；作為高性能經(jīng)典的陰極材料，(La, Sr)MnO3性能也需要進(jìn)ー步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面目的在于針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用功能梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，將目前已知的催化活性高、電子電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好的陰極材料Laa8Sra2MnO3(LSM)，催化性能優(yōu)良、電子電導(dǎo)率高、抗鉻毒化性能優(yōu)異的陰極材料LaNia6Fea4O3(LNF)，以及催化性能優(yōu)良，具有突出的氧離子儲存、釋放和傳輸能力的摻雜CeO2三種候選材料組合起來，將對陰極的多種要求由不同的功能層來承擔(dān)，并使各功能層相互配合，利用協(xié)同作用達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，從而既不會影響陰極的催化性能和導(dǎo)電性能，又可顯著降低高揮發(fā)性的CrO3和CrO2 (OH)2在陰極/電解質(zhì)界面上的鉻沉積,改善功能梯度陰極的氧氣還原反應(yīng)動カ學(xué)性能，從而提高SOFC的性能。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明的目的ー種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，包括抗鉻毒化層，所述抗鉻毒化層的材料為LNF-摻雜CeO2 (該抗鉻毒化層也可稱為LNF-摻雜CeO2層)，所述抗鉻毒化層位于電解質(zhì)層上?；罨瘜?，所述活化層的材料為LSM-摻雜CeO2 (該活化層也可稱為LSM-摻雜CeO2)，所述活化層位于所述抗鉻毒化層上；集電層，所述集電層的材料為LSM (該集電層也可稱為LSM層)，所述集電層位于所述活化層上。在本發(fā)明具體實(shí)施吋，優(yōu)選地，所述LNF-摻雜CeO2中，LNF與摻雜CeO2的質(zhì)量比為7 8 3 2。在本發(fā)明具體實(shí)施吋，優(yōu)選地，所述LSM-摻雜CeO2中，LSM與摻雜CeO2的質(zhì)量比為7 8 3 2。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述LNF-摻雜CeO2中的摻雜CeO2,以及所述LSM-摻雜CeO2中的摻雜CeO2,摻雜離子均為Gd3+或/和Sm3+，摩爾比均為(Gd+Sm) Ce=I 2:8 9。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述抗鉻毒化層的厚度為8 10微米，所述活化層的厚度為8 10微米，所述集電層的厚度為8 10微米。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述摻雜CeO2為摻雜CeO2納米顆粒。本發(fā)明的第二方面目的在于提出ー種固體氧化物燃料電池。、
ー種固體氧化物燃料電池，包括電解質(zhì)層和陰極，所述陰極位于所述電解質(zhì)層上，其特征在于，所述電解質(zhì)層的材料為ScSZ，所述陰極是如上所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，所述抗鉻毒化層位于所述電解質(zhì)層上。在本發(fā)明具體實(shí)施時，本發(fā)明中所述電解質(zhì)層的材料為適用于固體氧化物燃料電池的任意電解質(zhì)，優(yōu)選為ScSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)。本發(fā)明所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極能與任意固體氧化物燃料電池陽極共同搭配使用。本發(fā)明的第三方面目的在于提出制備上述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的方法。特別地，該方法可適用于エ業(yè)化生產(chǎn)制備大尺寸抗鉻毒化、高性能的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極；該方法エ藝簡單、制備周期短、成本低廉，適于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。一種制備上述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的方法，包括以下步驟
a)、將LNF和摻雜CeO2的混合物與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述電解質(zhì)層上并干燥后，即制成材料為LNF-摻雜CeO2的所述抗鉻毒化層；b)、將LSM和摻雜CeO2的混合物與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述抗鉻毒化層上并干燥后，即制成材料為LSM-摻雜CeO2的所述活化層；c)、將LSM與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述活化層上并干燥后，即制成材料為LSM的所述集電層，得到所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體；d)、將所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體燒結(jié)，即得到所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。在本發(fā)明具體實(shí)施吋，優(yōu)選地，所述步驟a)中，所述LNF與所述摻雜CeO2的質(zhì)量比為疒8 3 2，所述LNF和摻雜CeO2的混合物與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7 I ;所述將該漿料附著于所述電解質(zhì)層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為IOO0C 120°c，所述干燥的時間為O. 5小時 2小時。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述步驟b)中，所述LSM與所述摻雜CeO2的質(zhì)量比為疒8 3 2，所述LSM和摻雜CeO2的混合物與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7 I;所述將該漿料附著于所述抗鉻毒化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為IOO0C 120°c，所述干燥的時間為O. 5小時 2小時。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述步驟c)中，所述LSM與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7^1 ;所述將該漿料附著于所述活化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為100°C 120°C，所述干燥的時間為O. 5小時 I小吋。在本發(fā)明具體實(shí)施時，優(yōu)選地，所述步驟d)中，所述燒結(jié)的溫度為10500C 1100°C，所述燒結(jié)的時間為2小時 3小時。本發(fā)明的制備方法ー個優(yōu)選實(shí)施方式為將質(zhì)量比為1:1的LNF-摻雜CeO2的混合物(LNF :摻雜CeO2的質(zhì)量比為疒8 3^2)與松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成抗鉻毒化層；然后將質(zhì)量比為I: I的LSM-摻雜CeO2的混合物(LSM與摻雜CeO2的質(zhì)量比為 3^2)與松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在所述抗鉻毒化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成活化層；最后將質(zhì)量比為1:1的LSM與松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在所述活化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成LSM集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體；將所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體在1100°c燒結(jié)2小時即得到所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。本發(fā)明所述的絲網(wǎng)印刷法為現(xiàn)有技術(shù)中通用的絲網(wǎng)印刷法。本發(fā)明所提到的燒結(jié)，是在空氣中燒結(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為采用功能梯度復(fù)合陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，將目前已知的催化活性高、電子電導(dǎo)率高、穩(wěn)定性好的陰極材料Laa8Sra2MnO3(LSM)，催化性能優(yōu)良、電子電導(dǎo)率高、抗鉻毒化性能優(yōu)異的陰極材料LaNia6Fea4O3(LNF)以及催化性能好、具有突出的氧離子儲存、釋放和傳輸 能力的摻雜CeO2三種候選材料組合起來，將對陰極的多種要求由不同的功能層來承擔(dān),并使各功能層相互配合，利用協(xié)同作用達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，從而既不會影響陰極的催化性能和導(dǎo)電性能，又可顯著降低高揮發(fā)性的CrO3和CrO2(OH)2在陰極/電解質(zhì)界面上的鉻沉積，改善復(fù)合陰極的氧氣還原反應(yīng)動力學(xué)性能，從而提高SOFC的性能。本發(fā)明的主要原材料NiO (氧化鎳)、YSZ (氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、ScSZ (氧化鈧穩(wěn)定的氧化鋯)，其平均粒徑為O. 5-10微米。構(gòu)成功能梯度復(fù)合陰極各功能層材料La0.8Sr0.2Mn03> LaNia6Fea4O3及摻雜CeO2皆是采用低溫燃燒法合成的，該法已經(jīng)成功的應(yīng)用于許多簡單或復(fù)雜的化合物體系，在較低的溫度下即可簡便而快捷的制備出氧化物超細(xì)粉體，是ー種新穎的先進(jìn)陶瓷制備途徑。本發(fā)明采用低溫燃燒法合成的氧化物L(fēng)aa8Sra2MnO3粉體、LaNia6Fea4O3粉體和摻雜CeO2粉體，其顆粒尺寸為納米級(く IOOnm)，粉體的比表面積大。這樣，功能梯度復(fù)合陰極各功能層可在較低溫度下如1000 1100°C燒結(jié)而能保持較好的多孔結(jié)構(gòu)和較佳的氧氣還原反應(yīng)動力學(xué)性能，抗鉻毒化層LNF-摻雜CeO2還能與電解質(zhì)ScSZ保持良好的接觸而不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；本發(fā)明所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，從功能上分析，LNF具有較高的電導(dǎo)率和對氧電化學(xué)還原反應(yīng)的催化活性，極佳的抗鉻毒化性；摻雜CeO2的摻入，增加了陰極材料的離子電導(dǎo)率，尤其是粒徑較小的摻雜CeO2粉體包裹在粒徑較大的LNF粉體顆粒(1100°C下燒結(jié))上進(jìn)行燒結(jié)后在陰極內(nèi)部形成離子-電子導(dǎo)電路徑，一方面抑制了 LNF與電解質(zhì)ScSZ發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成絕緣的La2Zr2O7,防止了陰極歐姆電阻増加，另ー方面也増加了 LNF與電解質(zhì)ScSZ的三相反應(yīng)界面，使得陰極極化電阻大幅降低，從而提高了 LNF的電化學(xué)催化性能，井能有效預(yù)防Fe-Cr合金對LNF陰極毒化的作用。因此摻雜CeO2的相對含量，LNF和摻雜CeO2的燒結(jié)溫度(或者說LNF和摻雜CeO2晶粒尺寸)等決定了該功能層的催化活性和抗鉻毒化性，這就要求對LNF與摻雜CeO2質(zhì)量比、LNF和摻雜CeO2的燒結(jié)溫度等エ藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。改變CeO2中的摻雜離子，從而調(diào)整其氧離子電導(dǎo)率等，也是催化活性優(yōu)化的途徑之一。為提高抗鉻毒化層LNF-摻雜CeO2的電化學(xué)催化性能及其對Fe-Cr合金的抗鉻毒化性能，在該功能層中，摻雜CeO2與LNF的質(zhì)量比優(yōu)選為O. 2 O. 3 O. 8、. 7，CeO2中的摻雜離子優(yōu)選為Gd3+或Sm3+，LNF粉體的燒結(jié)溫度優(yōu)選為1100°C，摻雜CeO2粉體的燒結(jié)溫度優(yōu)選為600°C，優(yōu)選LNF粉體的平均顆粒粒徑摻雜CeO2粉體的平均顆粒粒徑=9 16，抗鉻毒化層LNF-摻雜CeO2的燒結(jié)溫度優(yōu)選為1100°C。LSM既具有很高的離子導(dǎo)電性，又具有足夠高的電子導(dǎo)電性，并具有很高的活性，但由于其在高溫下會與電解質(zhì)ScSZ發(fā)生反應(yīng)，并且不具備抗鉻毒化的性能，本發(fā)明將其作為頂部的功能層，主要發(fā)揮其高電導(dǎo)率的作用。為提高集電層LSM的性能，在該功能層中，LSM粉體的燒結(jié)溫度是1200°C。對于材料為LSM-摻雜CeO2的活化層，其極化過電位小，反應(yīng)活性強(qiáng)，但是不具備抗鉻毒化的性能，本發(fā)明將其置于材料為LNF-摻雜CeO2的抗鉻毒化層的保護(hù)之下，望充分發(fā)揮LSM-摻雜CeO2對氧氣還原反應(yīng)的電化學(xué)催化性能。為提高活化層的電化學(xué)催化性能，在該功能層中，摻雜CeO2與LSM的質(zhì)量比優(yōu)選為O. 2 O. 3 O. 8^0. 7，CeO2中的摻雜離子優(yōu)選為Gd3+或Sm3+，LSM粉體的燒結(jié)溫度優(yōu)選為700°C，摻雜CeO2粉體的燒結(jié)溫度優(yōu)選為600°C，活化層的燒結(jié)溫度優(yōu)選為1100°C。本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極具有優(yōu)異的抗鉻毒化性能和電化學(xué)催化性能，便于提高燃料電池的功率密度，保證燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行。所采用的制備方法能成型質(zhì)量均勻的大面積LNF-摻雜Ce02/LSM-摻雜Ce02/LSM固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，エ藝簡単，具備低成本優(yōu)勢，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
以下將對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)ー步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
具體實(shí)施例方式ー種固體氧化物燃料電池，包括電解質(zhì)層和陰扱，陰極位于電解質(zhì)層上，電解質(zhì)層的材料為ScSZ，陰極是如本具體實(shí)施方式
所述的ー種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰扱。ー種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，包括抗鉻毒化層，抗鉻毒化層的材料為LNF-摻雜CeO2，在固體氧化物燃料電池中，抗鉻毒化層位于電解質(zhì)層上，電解質(zhì)層位于陽極層上；優(yōu)選地，LNF-摻雜CeO2中，LNF與摻雜CeO2的質(zhì)量比為 3^2 ；LNF-摻雜CeO2中的摻雜CeO2，優(yōu)選地，摻雜離子為Gd3+或/和Sm3+，摩爾比為(Gd+Sm) Ce=f 2: 8 9 ;抗鉻毒化層的厚度優(yōu)選為8 10微米；活化層，活化層的材料為LSM-摻雜CeO2,活化層位于抗鉻毒化層上；優(yōu)選地，LSM-摻雜CeO2中，LSM與摻雜CeO2的質(zhì)量比為7 8 3^2 ；LSM-摻雜CeO2中的摻雜CeO2,優(yōu)選地，摻雜離子為Gd3+或/和Sm3+，摩爾比為(Gd+Sm) Ce=f 2: 8、；活化層的厚度優(yōu)選為8 10微米；集電層，集電層的材料為LSM，集電層位于活化層上；集電層的厚度優(yōu)選為8 10微米。上述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法，包括以下步驟a)、將LNF和摻雜CeO2的混合物(將LNF和摻雜CeO2直接混合即可)與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于電解質(zhì)層上并干燥后，即制成材料為LNF-摻雜CeO2的抗鉻毒化層；LNF與摻雜CeO2的質(zhì)量比優(yōu)選為7 8 3^2 ；LNF和摻雜CeO2的混合物與松油醇的質(zhì)量比優(yōu)選為1:0. 7^1 ;將該漿料附著于電解質(zhì)層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；干燥的溫度優(yōu)選為100°C 120°C，干燥的時間優(yōu)選為O. 5小時 2小時(干燥時間和溫度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，只要將水分蒸發(fā)完即可)；b)、將LSM和摻雜CeO2的混合物(將LSM和摻雜CeO2直接混合即可)與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于抗鉻毒化層上并干燥后，即制成材料為LSM-摻雜CeO2的活化層；LSM與摻雜CeO2的質(zhì)量比優(yōu)選為 3^2, LSM和摻雜CeO2的混合物與松油醇的質(zhì)量比優(yōu)選為I : O. 7 1;將該漿料附著于抗鉻毒化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；干燥的溫度優(yōu)選為100°c 120°c，干燥的時間優(yōu)選為O. 5小時 I小時(干燥時間和溫度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，只要將水分干燥即可)；c)、將LSM與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于活化層上并干燥后，即制成材料為LSM的集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體；LSM與松油醇的質(zhì)量比優(yōu)選為I : O. 7 1;將該漿料附著于活化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；干燥的溫度優(yōu)選為100°C 120°C，干燥的時間優(yōu)選為O. 5小時 2小時(干燥時間和溫度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，只要將水分干燥即可)；d)、將固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體燒結(jié)，即得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極；燒結(jié)的溫度優(yōu)選為1050°C 1100°C，燒結(jié)的時間優(yōu)選為2小時
小吋。本具體實(shí)施方式
中所提到的燒結(jié)，均為在空氣中燒結(jié)。下面的實(shí)施例中所用的原料介紹如下(以下原料中未具體注明純度的化學(xué)試劑，均為分析純)所用的ScSZ 粉體為 Zr。.S9ScaiCetl.Q102 (ScSZ,生產(chǎn)廠家為 Daiichi Kigenso KagakuKogyo, Japan)；丁酮分析純，純度彡99% ；こ醇分析純，純度彡99. 7% ；三こ醇胺生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；聚こ烯醇縮丁醛航空級，丁醛基459Γ49%，生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；聚こニ醇化學(xué)純，平均分子量19(Γ210，生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；NiO :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；YSZ =Zrll92Yaci8O2 (YSZ,生產(chǎn)廠家為 Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo, Japan)；松油醇分析純，純度> 99%，生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；La(NO3)3 · 6H20 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Ni (NO3)2 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Fe (NO3) 3 · 9H20 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Sr(NO3)2 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Mn(NO3)2 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Gd(NO3)3 · 6H20 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Sm(NO3)3 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；Ce (NO3) 3 · 6H20 :生產(chǎn)廠家為國藥集団化學(xué)試劑有限公司；朽1檬酸C6H8O7· H2O :生產(chǎn)廠家為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；絲網(wǎng)印刷法為將粉體與松油醇混合成的漿料通過80目的篩網(wǎng)分別印刷在電解質(zhì)層、抗鉻毒化層以及活化層上即可。以下實(shí)施例中所述的LaNia6Fea4O3的制備方法為將摩爾比La Ni Fe=I O. 6 O. 4 的 La (NO3) 3 · 6H20、Ni (NO3)2 和 Fe (NO3) 3 · 9H20 溶于蒸餾水(對蒸餾水的用量無具體要求，通常采用能使溶質(zhì)恰好完全溶解的量)中，然后在溶液中溶入化學(xué)計(jì)量比的檸檬酸，并加入氨水(對氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)無具體要求，通常采用含氨25% 28%的水溶液)將溶液調(diào)至中性，在120°C蒸發(fā)水分，直接得到褐色的干凝膠，將干凝膠放到坩堝電爐中(預(yù)熱到300°C )，干凝膠迅速冒煙燃燒，充分燃燒后得到黒色粉體，再將所得產(chǎn)物在1100°C下燒結(jié)2小時，即得所述LaNia6Fea4O3，粒徑為O. 5^0. 8 μ m。以下實(shí)施例中所述的Laa8Sra2 MnO3的制備方法為將摩爾比La Sr Mn=O. 8 O. 2 I 的 La (NO3) 3 ·6Η20、Sr (NO3) 2 和 Mn (NO3) 2 溶于蒸餾水(對蒸餾水的用量無具體要求，通常采用能使溶質(zhì)恰好完全溶解的量)中，然后在溶液中溶入化學(xué)計(jì)量比的檸檬酸，并加入氨水(對氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)無具體要求，通常采用含氨25% 28%的水溶液)將溶液調(diào)至中性，在135°C蒸發(fā)水分，直接得到褐色的干凝膠，將干凝膠放到坩堝電爐中(預(yù)熱到450°C )，干凝膠迅速冒煙燃燒，充分燃燒后得到黒色粉體，再將所得產(chǎn)物分別在700°C和1200°C下燒結(jié)2小時，即得所述Laa8Sra2Μη03，粒徑分別為O. 05、. 08 μ m和
O.5 I. O μ m。，粒徑為O. 05 O. 08 μ m的LSM用于活化層的制備，粒徑為O. 5 I. Oym的LSM用于集電層的制備。以下實(shí)施例中所述的Gda2Cea8O2的制備方法為將摩爾比Gd Ce=O. 2 O. 8的Gd(NO3)3 ·6Η20和Ce(NO3)3 ·6Η20溶于蒸餾水(對蒸餾水的用量無具體要求，通常采用能使溶質(zhì)恰好完全溶解的量)中，然后在溶液中溶入化學(xué)計(jì)量比的檸檬酸，并加入氨水(對氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)無具體要求，通常采用含氨25% 28%的水溶液)將溶液調(diào)至中性，在110°C蒸發(fā)水分，直接得到淡黃色的干凝膠，將干凝膠放到坩堝電爐中(預(yù)熱到450°C )，干凝膠迅速冒煙燃燒，充分燃燒后得到淡黃色粉體，再將所得產(chǎn)物在600°C下燒結(jié)2小吋，即得所述Gd。.2Ce。.802,粒徑 O. 05 O. 06 μ m。以下實(shí)施例中所述Sma2Cea8O2的制備方法為將摩爾比為Sm Ce=O. 2 O. 8的Sm(NO3)3 · 6H20和Ce(NO3)3 · 6H20溶于蒸餾水中，然后在溶液中溶入化學(xué)計(jì)量比的檸檬酸，并加入氨水將溶液調(diào)至中性，在110°C蒸發(fā)水分，直接得到淡黃色的干凝膠，將干凝膠放到坩堝電爐中(預(yù)熱到450°C )，干凝膠迅速冒煙燃燒，充分燃燒后得到淡黃色粉體，再將所得產(chǎn)物在600°C下燒結(jié)2小時，即得所述Sma2Cea8O2，粒徑O. 05 O. 06 μ m。上面所述的檸檬酸的化學(xué)計(jì)量比通過以下原理計(jì)算=Laa8Sra2MnO3,LaNi0.6Fe0.403、摻雜CeO2 (Gd0.2Ce0.802或Sm。. 2Ce0.802)所需原料配比計(jì)量采用了推進(jìn)化學(xué)的熱化學(xué)理論Jain 等(S. R. Jain, K. C. Adiga, V. R. P. Vemeker, A new approach tothermochemical calculation 01 condensed fuel-oxidizer mixtures,しombustion andFlame, 1981，40(1) :71-76.)定義了一種計(jì)算氧化還原反應(yīng)特性的簡單方法，假定所有元素都以它在產(chǎn)物(如C02，H2O和N2等)中存在的價態(tài)進(jìn)行計(jì)算，那么還原性元素C和H的價態(tài)分別為+4和+1，氧化性元素O的價態(tài)為-2，元素N的價態(tài)被認(rèn)為是O。將此概念加以外推，產(chǎn)物陶瓷氧化物(如ZnO，Bi2O3和ZrO2等)中的金屬元素Zn，Bi和Zr，可當(dāng)作還原性元素，價態(tài)分別為+2，+3和+4，檸檬酸C6H8O7 · H2O的價態(tài)為+18。ニ價金屬硝酸鹽的總化合價為-10 ;三價的金屬硝酸鹽的總化合價為-15 ;結(jié)晶水的存在與否不影響硝酸鹽的總化學(xué)價的計(jì)算。以合成Laa8Sra2MnO3為例，需要La(NO3)3 · 6H20、Sr(NO3)2和Mn(NO3)2的摩爾比為0.8 : 0.2 : 1，它們的總氧化價為-15X0. 8+(-10X0.2) + (-10X 1)=-24;如以檸檬酸為燃料，則原料中總還原價為+18價，所以氧化劑檸檬酸的摩爾比為18 24=3 4，n(La(N03)3 ·6Η20) η (Sr (NO3) 2) η (Mn (NO3)2) n (C6H8O7 · H2O) =0. 8 : O. 2 : I : 4/3。以合成 LaNia6Fea4O3 為例，需要 La(NO3)3 · 6H20、Ni (NO3)2 和 Fe (NO3) 3 · 9H20 的摩爾比為I O. 6 O. 4，它們的總氧化價為-15 X 1+(-10 X O. 6)+ (-15 X O. 4)=-27 ;如以檸檬酸為燃料，則原料中總還原價為+18價，所以氧化劑檸檬酸的摩爾比為18 27=2 3, η (La (NO3)
3 ·6Η20) η (Ni (NO3)2) n(Fe(N03)3 ·9Η20) Ii(C6H8O7^H2O)=I 0. 6 0. 4 I. 5 (n:物質(zhì)的量)。以合成 Gda2Cea8O2 為例，需要 Gd(NO3)3 · 6Η20 和 Ce (NO3) 3 · 6Η20 的摩爾比為 O. 2 O. 8，它們的總氧化價為-15X0. 2+(-15XO. 8)=-15 ;如以檸檬酸為燃料，則原料中總還原價為+18價，所以氧化劑檸檬酸的摩爾比為18 15=6 5，即n (Gd(NO3)3WH2O) η (Ce (NO3) 3 ·6Η2
O) n (C6H8O7 · H2O) =0.2 O. 8 (5/6)。本發(fā)明中陽極支撐復(fù)合膜的制備方法為(1)將ScSZ粉體加入到丁酮和こ醇的混合溶劑中，然后加入分散劑三こ醇胺并球磨2小時以控制粉體團(tuán)聚的程度，獲得高質(zhì)量的穩(wěn)定懸浮液，使粉體均勻分散在漿料中，向球磨后的混合漿料中加入粘結(jié)劑聚こ烯醇縮丁醛、增塑劑聚こニ醇并再次球磨2小時以使粉體漿料在流延成型時具有最好的流變特性，通過將球磨好的漿料在真空中保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為流延漿料一；(2)將氧化鎳(NiO)和氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)混合粉體加入到丁酮和こ醇的混合溶劑中，然后加入分散劑三こ醇胺并球磨2小時以控制粉體團(tuán)聚的程度，獲得高質(zhì)量的穩(wěn)定懸浮液，使粉體均勻分散在漿料中，向球磨后的混合漿料中加入粘結(jié)劑聚こ烯醇縮丁醛、增塑劑聚こニ醇并再次球磨2小時以使粉體漿料在流延成型時具有最好的流變特性。通過將球磨好的漿料在真空中保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為流延漿料ニ ；所述流延漿料制備中所用組分質(zhì)量份數(shù)為漿料ー =ScSZ粉體10份，粘結(jié)劑聚こ烯醇縮丁醛O. 4份，增塑劑聚こニ醇I. 5份，分散劑三こ醇胺O. 5份，丁酮8份，こ醇4份；漿料ニ =NiO粉體50份，YSZ粉體50份，粘結(jié)劑聚こ烯醇縮丁醛10份，增塑劑聚こニ醇13. 5份，分散劑三こ醇胺3份，丁酮48份，こ醇24份；(3)將均一、穩(wěn)定的流延漿料一倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型，通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350 1450°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜。實(shí)施例I :將重量為10克的ScSZ粉體，加入8克的丁酮與4克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺O. 5克球磨混合2小時，再加入O. 4克聚こ烯醇縮丁醛，I. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料一；將50gNi0和50gYSZ混合粉體加入到48克的丁酮與24克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺3克球磨混合2小時，再加入10克聚こ烯醇縮丁醛，13. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料ニ。將均一、穩(wěn)定的漿料ー倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型。通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜(其中ScSz構(gòu)成電解質(zhì)層)。將O. 7gLNF粉體和O. 3gGd摻雜CeO2 (Gd0.2Ce0.802，GDC)粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成抗鉻毒化層；然后將O. 7gLSM粉體和O. 3gGDC粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在抗鉻毒化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成活化層；最后將IgLSM粉體與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在活化層上并于110°C干燥0.5小時后，即制成集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體。將固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體在1100°C燒結(jié)2小時即得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。本實(shí)施例的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極具有優(yōu)異的抗鉻毒化性能和電化學(xué)催化性能，在750°C ,Fe-Cr合金連接體存在條件下于50mA cm_2的電流密度下運(yùn)行IOOOh后，陰極極化電阻僅為12. I Ω cm2，而對于純LSM陰極，在750°C于50mA cm—2的電流密度下運(yùn)行433h后，其極化電阻達(dá)到32. 2 Qcm2。
實(shí)施例2 將重量為10克的ScSZ粉體、加入8克的丁酮與4克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺O. 5克球磨混合2小時，再加入O. 4克聚こ烯醇縮丁醛，I. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料一；將50gNi0和50gYSZ混合粉體加入到48克的丁酮與24克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺3克球磨混合2小時，再加入10克聚こ烯醇縮丁醛，13. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料ニ。將均一、穩(wěn)定的漿料ー倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型。通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜(其中ScSz構(gòu)成電解質(zhì)層)。將O. 7gLNF粉體和O. 3gSm摻雜CeO2 (Sm0.2Ce0.802，SDC)粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成抗鉻毒化層；然后將O. 7gLSM粉體和O. 3gSDC粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在抗鉻毒化層上并于110で干燥0.5小時后，即制成活化層；最后將IgLSM粉體與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在活化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成LSM集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體。將上述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體在1100°C燒結(jié)2小時，即得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。本實(shí)施例的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極具有優(yōu)異的抗鉻毒化性能和電化學(xué)催化性能，在750°C >Fe-Cr合金連接體存在條件下于50mA cm_2的電流密度下運(yùn)行IOOOh后，陰極極化電阻僅為13. O Ω cm2，而對于純LSM陰極，在750°C于50mA cnT2的電流密度下運(yùn)行433h后，其極化電阻達(dá)到32. 2 Ω cm2。實(shí)施例3 將重量為10克的ScSZ粉體、加入8克的丁酮與4克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺O. 5克球磨混合2小時，再加入O. 4克聚こ烯醇縮丁醛，I. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料一；將50gNi0和50gYSZ混合粉體加入到48克的丁酮與24克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺3克球磨混合2小時，再加入10克聚こ烯醇縮丁醛，13. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料ニ。將均一、穩(wěn)定的漿料ー倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型。通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜(其中ScSz構(gòu)成電解質(zhì)層)。將O. 7g LNF粉體、O. 15gGDC粉體和O. 15gSDC粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成抗鉻毒化層；然后將O. 7gLSM粉體、O. 15gGDC粉體和O. 15gSDC粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在抗鉻毒化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成活化層；最后將IgLSM粉體與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在活化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成LSM集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體。將上述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體在1100°C燒結(jié)2小時，即得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。本實(shí)施例制備的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極具有優(yōu)異的抗鉻毒化性能和電化學(xué)催化性能，在750°C、Fe-Cr合金連接體存在條件下于50mA cm_2的電流密度下運(yùn)行IOOOh后，陰極極化電阻僅為12. 5 Ω cm2，而對于純LSM陰極，在750°C于 50mA cnT2的電流密度下運(yùn)行433h后,其極化電阻達(dá)到32. 2 Ω cm2。實(shí)施例4 將重量為10克的ScSZ粉體，加入8克的丁酮與4克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺O. 5克球磨混合2小時，再加入O. 4克聚こ烯醇縮丁醛，I. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料一；將50gNi0和50gYSZ混合粉體加入到48克的丁酮與24克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺3克球磨混合2小吋，再加入10克聚こ烯醇縮丁醛，13. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料ニ。將均一、穩(wěn)定的漿料ー倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型。通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜(其中ScSz構(gòu)成電解質(zhì)層)。 將O. 8gLNF粉體和O. 2gGd摻雜CeO2 (Gd0.2Ce0.802，GDC)粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成抗鉻毒化層；然后將O. 7gLSM粉體和O. 3gGDC粉體的混合物與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在抗鉻毒化層上并于110°C干燥O. 5小時后，即制成活化層；最后將IgLSM粉體與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在活化層上并于110°C干燥0.5小時后，即制成集電層，得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體。將固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體在1100°C燒結(jié)2小時即得到固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。本實(shí)施例的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極具有優(yōu)異的抗鉻毒化性能 和電化學(xué)催化性能，在750°C ,Fe-Cr合金連接體存在條件下于50mA cm_2的電流密度下運(yùn)行800h后，陰極極化電阻僅為19. 5 Ω cm2，而對于純LSM陰極，在750°C于50mA cm—2的電流密度下運(yùn)行433h后，其極化電阻達(dá)到32. 2 Qcm2。本具體實(shí)施方式
的各實(shí)施例中提到的純LSM陰極的制備方法如下將重量為10克的ScSZ粉體、加入8克的丁酮與4克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺O. 5克球磨混合2小時，再加入O. 4克聚こ烯醇縮丁醛，I. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料一；將50gNi0和50gYSZ混合粉體加入到48克的丁酮與24克こ醇的混合溶劑中，然后加入三こ醇胺3克球磨混合2小時，再加入10克聚こ烯醇縮丁醛，13. 5克聚こニ醇并繼續(xù)球磨2小時得到穩(wěn)定、均一的漿料，將球磨好的漿料在真空度100毫巴條件下保持10分鐘消除漿料中的氣泡，此為漿料ニ。將均一、穩(wěn)定的漿料ー倒入流延機(jī)的料倉中流延成型，待其干燥后，將漿料ニ倒入其上進(jìn)行二次流延成型。通過干燥、切片制得NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜素坯，素坯于600°C熱處理3h以燒除素坯中有機(jī)物，最后于1350°C燒結(jié)3h，得到NiO-YSZ/ScSZ陽極復(fù)合膜。將IgLSM粉體與Ig松油醇混合成漿料，經(jīng)絲網(wǎng)印刷法沉積在材料為ScSZ的電解質(zhì)層上并于110°c干燥O. 5小時后，得到純LSM陰極的坯體，將純LSM陰極的坯體在1100°C燒結(jié)2小時即得到純LSM陰極。 以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，其特征在于，包括 抗鉻毒化層，所述抗鉻毒化層的材料為LNF-摻雜CeO2 ； 活化層，所述活化層的材料為LSM-摻雜CeO2，所述活化層位于所述抗鉻毒化層上； 集電層，所述集電層的材料為LSM，所述集電層位于所述活化層上。
2.如權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，其中所述LNF-摻雜CeO2中，LNF與摻雜CeO2的質(zhì)量比為7 8 3 2。
3.如權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，其中所述LSM-摻雜CeO2中，LSM與摻雜CeO2的質(zhì)量比為7 8 3 2。
4.如權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，其中所述LNF-摻雜CeO2中的摻雜CeO2,以及所述LSM-摻雜CeO2中的摻雜CeO2，摻雜離子均為Gd3+或/和Sm3+，摩爾比均為(Gd+Sm) Ce=I 2:8 9。
5.ー種固體氧化物燃料電池，包括電解質(zhì)層和陰極，所述陰極位于所述電解質(zhì)層上，其特征在于，所述電解質(zhì)層的材料為ScSZ，所述陰極是如權(quán)利要求Γ4任意一項(xiàng)所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，所述抗鉻毒化層位于所述電解質(zhì)層上。
6.一種制備如權(quán)利要求I所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的方法，其特征在于，包括以下步驟 a)、將LNF和摻雜CeO2的混合物與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述電解質(zhì)層上并干燥后，即制成材料為LNF-摻雜CeO2的所述抗鉻毒化層； b)、將LSM和摻雜CeO2的混合物與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述抗鉻毒化層上并干燥后，即制成材料為LSM-摻雜CeO2的所述活化層； c)、將LSM與松油醇混合成漿料，將該漿料附著于所述活化層上并干燥后，即制成材料為LSM的所述集電層，得到所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體； d)、將所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的坯體燒結(jié)，即得到所述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極。
7.如權(quán)利要求6所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法，其中所述步驟a)中，所述LNF與所述摻雜CeO2的質(zhì)量比為 3 2，所述LNF和摻雜CeO2的混合物與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7^1 ;所述將該漿料附著于所述電解質(zhì)層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為100°C 120°C，所述干燥的時間為O. 5小時 2小吋。
8.如權(quán)利要求6所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法，其中所述步驟b)中，所述LSM與所述摻雜CeO2的質(zhì)量比為 3 2，所述LSM和摻雜CeO2的混合物與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7^1 ;所述將該漿料附著于所述抗鉻毒化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為100°C 120°C，所述干燥的時間為O. 5小時2小吋。
9.如權(quán)利要求6所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法，其中所述步驟c)中，所述LSM與所述松油醇的質(zhì)量比為1:0. 7 1 ;所述將該漿料附著于所述活化層上，所使用的方法是絲網(wǎng)印刷法；所述干燥的溫度為100°C 120°C，所述干燥的時間為O. 5小時 I小時。
10.如權(quán)利要求6所述的固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的制備方法，其中所述步驟d)中，所述燒結(jié)的溫度為1050°C 1100°C，所述燒結(jié)的時間為2小時 3小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池、功能梯度復(fù)合陰極及制備方法。一種固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極，包括材料為LNF-摻雜CeO2的抗鉻毒化層；位于抗鉻毒化層上、材料為LSM-摻雜CeO2的活化層；位于活化層上、材料為LSM的集電層。一種制備上述固體氧化物燃料電池功能梯度復(fù)合陰極的方法，包括以下步驟a)、將抗鉻毒化層的漿料附著于電解質(zhì)層上并干燥后，即制成抗鉻毒化層；b)、將活化層的漿料附著于抗鉻毒化層上并干燥后，即制成活化層；c)、將集電層的漿料附著于活化層上并干燥后，即制成集電層，得到坯體；d)、將坯體燒結(jié)，即可。本發(fā)明降低了高揮發(fā)性的CrO3和CrO2(OH)2在陰極/電解質(zhì)界面上的鉻沉積。
文檔編號H01M4/86GK102683721SQ20121016339
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者黃波 申請人:江蘇超潔綠色能源科技有限公司