陽極支撐管式電池的收電裝置及其製備方法和電池堆的製作方法

2023-06-10 11:28:41

專利名稱：陽極支撐管式電池的收電裝置及其製備方法和電池堆的製作方法
技術領域：
本發明屬於燃料電池技術領域，具體涉及一種陽極支撐管式電池的收電裝置及其製備方法和電池堆。
背景技術：
燃料電池作為一種新型能源技術，具有能量轉換效率高、清潔、安全等優點，固體氧化物燃料電池主要有平板型和管式兩種結構。與平板固體氧化物燃料電池相比，管式固體氧化物燃料電池的優點是密封容易，抗熱震能力強，對負載反應迅速，規模容易放大等優點。但管式電池由於電流路徑長，所以收電是一個難題。對於陰極支撐的管式電池，其陽極側在管外，主要用鎳氈收電。而對於陽極支撐的管式電池，傳統方法是在陰極側採用貴金屬收電。由於陽極支撐管式電池陰極面積大，陰極側採用貴金屬收電成本很高。由於收電的好壞直接影響電池的輸出，因此，開發一種適合管式電池陰極收電的方法具有十分重要的意義。

發明內容
本發明針對現有技術中陽極支撐管式電池的陰極收電成本高的技術問題，目的在於提供一種陽極支撐管式電池的收電裝置。其採用將陽極支撐管式電池置於內徑稍大於電池外徑的不鏽鋼粗管中進行收電，可以降低對電池強度的需求，方便了大規模管式電池堆的組裝及測試。本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置包括:一內徑稍大於所述電池外徑的不鏽鋼粗管，其內裝有所述電池；該不鏽鋼粗管的柱形管頭上焊接有空心的細的不鏽鋼陰極進氣管；該不鏽鋼粗管與所述電池塗覆有LSM漿料的陰極側之間填充有用於陰極收電的LSM漿料層；其中，LSM漿料含有A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3 (簡稱 LSM95)和 AgN03。—外徑稍小於所述電池內徑的不鏽鋼陽極進氣管，插在所述電池的陽極支撐層側內；在該不鏽鋼陽極進氣管和電池的陽極支撐層之間填充有用於陽極收電的鎳氈層。本發明由於採用A位缺位的錳酸鍶鑭作為陰極收電材料，其在氧化氣氛下穩定且具有較高的電導率，硝酸銀在高溫下分解成金屬銀，其在氧化和還原氣氛下均穩定且電導率高，高溫下韌性好，可以改善陶瓷顆粒之間的接觸。其中，在該電池的陽極側和陰極側分別引出有電壓電流線。所述LSM漿料為質量比20:1的A位缺位(La。.8Sr0.2) 0.95Μη03粉體和AgNO3的混合物，經加入20wt%的澱粉溶液攪拌均勻成糨糊狀的LSM漿料。A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3採用固相法合成得到，具體為按照(Laa8Sra2)a95MnO3中La、Sr、Mn的化學計量比稱取La203、SrCO3和MnCO3,球磨後烘乾，熱處理後得到A位缺位的(La0.8Sr0.2) ο.95Μη03 敕體。
所述的不鏽鋼粗管的內壁和外壁噴塗有固相法合成的A位缺位的(La。.8Sr0.2) ο.95Μη03 敕體。本發明的另一目的在於提供一種製備本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置的方法，其包括如下步驟:A)將空心的細的不鏽鋼陰極進氣管焊接於不鏽鋼粗管的柱形管頭上；並在不鏽鋼粗管的內壁和外壁噴塗A位缺位的(Laa8Sra2)a95MnO3粉體；B)在電池的陽極支撐層側內插入外周裹覆有鎳氈的不鏽鋼陽極進氣管；再繼續將鎳氈填充在不鏽鋼陽極進氣管和電池的陽極支撐層之間，並將鎳氈壓實使其與陽極支撐層緊密結合；C)將糨糊狀的LSM漿料均勻塗覆電池的陰極側並乾燥之；D)將步驟B)和步驟C)完成後的電池，插入於步驟A)得到的不鏽鋼粗管內，再在不鏽鋼粗管與電池之間灌入LSM漿料直至緊密接觸。本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置的製備方法中，步驟A)、步驟B)和步驟C)三者的順序沒有嚴格的先後順序，可以互換調整。其中，在步驟B)的最後，在電池的陽極側引出電壓電流線；在步驟A)的最後，在不鏽鋼陰極進氣管上引出電壓電流線。其中，LSM漿料為質量比20:1的A位缺位(La。.8Sr0.2) 0.95Μη03粉體和AgNO3的混合物，經加入20wt%的澱粉溶液攪拌均勻成糨糊狀的LSM漿料。A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3採用固相法合成得到，具體為按照(Laa8Sra2)a95MnO3中La、Sr、Mn的化學計量比稱取La203、SrCO3和MnCO3,球磨後烘乾，熱處理後得到A位缺位的(La0.8Sr0.2) ο.95Μη03 敕體。本發明的又一目的在於提供一種由本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置組成的電池堆。與現有技術相比，本發明的有益效果是:I)本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置中用於陰極收電的LSM漿料層和電池陰極側材料相同，這樣熱膨脹係數匹配結合好；2)本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置的製備工藝簡單，通過漿料塗刷的方法可以方便地在管式電池的陰極側上製備用於陰極收電的LSM漿料層；3)成本低廉，材料製備過程簡單，銀用量少，可以大大降低成本；4)採用不鏽鋼管組裝電池測試，簡單方便，對電池強度要求不高，適合各種強度的電池組裝測試，組裝大的電池堆連接方便；5)結構牢固，結合及穩定性好，陰極收電材料和陰極側有很好的化學相容性，適合長期使用。


圖1為不鏽鋼粗管的結構示意圖；圖2為本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置的結構剖面示意圖；其中，陽極進氣管1、鎳氈層2、陽極支撐管式電池3、用於陰極收電的LSM漿料層
4、不鏽鋼粗管5、陰極進氣管6 ；
圖3為本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置測試交流阻抗譜圖；圖4為本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置測試1-V曲線圖；圖5為多個本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置經過組裝後的電池堆結構示意圖。
具體實施例方式實施例1陽極支撐管式電池的收電裝置的製備陰極收電用的LSM95粉體的製備按化學計量比稱取123.807gLa203、28.049gSrC0jP 114.946gMnC03，將三種粉體混合後，加入4g三乙醇胺和250g酒精，球磨2h，烘乾後，放入馬弗爐中煅燒，950°C保溫4h，升溫速率2V /min,得到初級合成粉。將初級合成粉再加入4g三乙醇胺，250g酒精，球磨2h，烘乾後，放入馬弗爐中煅燒，1050°C保溫4h，升溫速率2°C /min，得到最終的陰極收電用的LSM95粉體。陰極收電用的LSM漿料的配製稱取20g固相法合成的LSM95粉體和Ig硝酸銀混合用作收電粉，加入20%的藕粉溶液300mL，攪拌成糨糊狀。陽極側收電的鎳氈層的製備如圖2所示，陽極支撐管式電池3的陽極側採用購買的多孔泡沫鎳氈收電，將多孔泡沫鎳氈裹覆在一根不鏽鋼陽極進氣管I周圍，將裹覆好鎳氈的不鏽鋼陽極進氣管I從電池3開口端置於陽極支撐管式電池3內，同時從鎳氈上引出電壓電流線，再繼續將鎳氈填充在不鏽鋼陽極進氣管I和電池3的陽極支撐層的空隙之間，並將鎳氈壓實使其與陽極支撐層緊密結合，從而形成鎳氈層2。不鏽鋼粗管的製備如圖1所示，將直徑2.5cm不鏽鋼粗管5的內壁和外壁噴塗固相法合成的LSM95粉體，在一頭焊接一個直徑Icm的不鏽鋼陰極進氣管6，在直徑Icm不鏽鋼陰極進氣管6上引出陰極側電壓電流線。陽極支撐管式電池收電裝置的製備將配製好的糨糊狀的陰極收電用的LSM漿料均勻塗覆在電池3陰極側，再在烘箱烘乾，將電池3置入不鏽鋼粗管5中，再在電池3和不鏽鋼粗管5的空隙中填滿LSM漿料，直到與電池3陰極完全緊密接觸為止，形成了用於陰極收電的LSM漿料層4，從而得到陽極支撐管式電池的收電裝置，如圖2所示。效果實施例1陽極支撐管式電池的收電裝置的測試將圖2所示的陽極支撐管式電池的收電裝置進行測試，測試條件:氫氣和氧氣，未密封，氫氣流量為80mL/min，氧氣流量為80mL/min，管式電池外徑2cm，電池陰極面積20cm2，在800°C和850°C條件下對電池的電化學性能進行表徵，所測試的電池的性能如圖3和圖4所示，實驗結果表明本收電裝置測試的結果能達到陰極用貴金屬收電的性能輸出效果，但是本裝置節約了成本，組裝方便。效果實施例2本發明的陽極支撐管式電池的收電裝置與其他陰極收電測試裝置相比較
將鉬網收電、銀網收電的裝置與本發明的收電裝置進行比較，測試條件同效果實施例I表I鉬網收電、銀網收電的裝置與本發明的收電裝置進行比較
權利要求
1.一種陽極支撐管式電池的收電裝置，其特徵在於其包括: 一內徑稍大於所述電池外徑的不鏽鋼粗管，其內裝有所述電池；該不鏽鋼粗管的柱形管頭上焊接有空心的細的不鏽鋼陰極進氣管；該不鏽鋼粗管與所述電池塗覆有LSM漿料的陰極側之間填充有用於陰極收電的LSM漿料層；其中，LSM漿料含有A位缺位(La0.8Sra 2) q.95Μη03 和 AgNO3。
一外徑稍小於所述電池內徑的不鏽鋼陽極進氣管，插在所述電池的陽極支撐層側內；在該不鏽鋼陽極進氣管和電池的陽極支撐層之間填充有用於陽極收電的鎳氈層。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於:在該電池的陽極側和陰極側分別引出有電壓電流線。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述LSM漿料為質量比20:1的A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3粉體和AgNO3的混合物，經加入20wt%的澱粉溶液攪拌均勻成糨糊狀的LSM漿料。
4.如權利要求書3所述的裝置，其特徵在於:A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3採用固相法合成得到，具體為按照(Laa8Sra2)a95MnO3中La、Sr、Mn的化學計量比稱取La203、SrCO3和MnCO3,球磨後烘乾,熱處理後得到A位缺位的(Laa8Sra2)a95MnO3粉體。
5.如權利要求書I所述的裝置，其特徵在於:所述的不鏽鋼粗管的內壁和外壁噴塗有固相法合成的A位缺位的(Laa 8Sr0.2) 0.95Μη03粉體。
6.一種製備權利要求書I所述的陽極支撐管式電池的收電裝置的方法，其包括如下步驟: A)將空心的細的不鏽鋼陰極進氣管焊接於不鏽鋼粗管的柱形管頭上；並在不鏽鋼粗管的內壁和外壁噴塗A位缺位的(Laa8Sra2)Q.95Mn03粉體； B)在電池的陽極支撐層側內插入裹覆有鎳氈的不鏽鋼陽極進氣管；再繼續將鎳氈填充在不鏽鋼陽極進氣管和電池的陽極支撐層之間，並將鎳氈壓實使其與陽極支撐層緊密結合； C)將糨糊狀的LSM漿料均勻塗覆電池的陰極側並乾燥之； D)將步驟B)和步驟C)完成後的電池，插入於步驟A)得到的不鏽鋼粗管內，再在不鏽鋼粗管與電池之間灌入LSM漿料直至緊密接觸。
7.如權利要求書6所述的方法，其特徵在於:在步驟B)的最後，在電池的陽極側引出電壓電流線；在步驟A)的最後，在不鏽鋼陰極進氣管上引出電壓電流線。
8.如權利要求書6所述的方法，其特徵在於:LSM漿料為質量比20:1的A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3粉體和AgNO3的混合物，經加入20wt%的澱粉溶液攪拌均勻成糨糊狀的LSM漿料。
9.如權利要求書8所述的方法，其特徵在於:A位缺位(Laa8Sra2)a95MnO3採用固相法合成得到，具體為按照(Laa8Sra2)a95MnO3中La、Sr、Mn的化學計量比稱取La203、SrCO3和MnCO3,球磨後烘乾,熱處理後得到A位缺位的(Laa8Sra2)a95MnO3粉體。
10.由權利要求1所述的陽極支撐管式電池的收電裝置組成的電池堆。
全文摘要
本發明公開了一種陽極支撐管式電池的收電裝置，其包括一內徑稍大於所述電池外徑的不鏽鋼粗管，其內裝有所述電池；該不鏽鋼粗管的柱形管頭上焊接有空心的細的不鏽鋼陰極進氣管；該不鏽鋼粗管與所述電池塗覆有LSM漿料的陰極側之間填充有用於陰極收電的LSM漿料層；一外徑稍小於所述電池內徑的不鏽鋼陽極進氣管，插在所述電池的陽極支撐層側內；在該不鏽鋼陽極進氣管和電池的陽極支撐層之間填充有用於陽極收電的鎳氈層。本發明裝置的製備工藝簡單、成本低、壽命長，便於大規模應用，有利於降低SOFC電池堆的成本，具有良好的應用前景。
文檔編號H01M8/02GK103165923SQ20131004725
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者錢繼勤, 邵樂, 陳有鵬, 辛顯雙, 葉曉峰 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所