一種固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法
2023-06-05 09:24:31 1
專利名稱：一種固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池的電解質隔膜的製備方法，尤其是一種固體氧化物燃料電池的電解質隔膜的製備方法。
背景技術：
固體氧化物燃料電池(SOFC)的單電池，是在固體氧化物電解質隔膜的兩個面上配置陽極和陰極製成，其電解質隔膜製造方法有軋膜成型和流延成型兩種。採用軋膜成型方法生產出來的燃料電池電解質隔膜存在密度不均勻、機械強度差等問題，嚴重影響了電解質隔膜的使用性能。採用流延成型方法生產出來的燃料電池電解質隔膜，因為所使用的全穩定二氧化鋯的粉體比表面積大，容易出現流延開裂等質量缺陷，且對製造環境的氣候非常敏感，在一般溼度環境中，當流延厚度超過0.2mm時，此缺陷更加容易產生。因而將電解質隔膜作為支撐基板受到限制。
發明內容
本發明提供一種固體氧化物燃料電池的電解質隔膜的製備方法，能較好地克服上述所存在的缺陷，所製作電解質隔膜基板產品強度高，並且不會因為製作環境氣候的變化而影響質量。
本發明所採用的技術方案是，一種固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法，按以下步驟進行
(1)以加有穩定劑的氧化鋯(ZrO2)為電解質材料，加入成型助劑後投入球磨機中分散13～24小時，再加入PVB溶液繼續混磨13～24小時得到漿料；(2)將該漿料在9.5×104～105Pa的負壓環境下保持10～30分鐘進行真空脫泡，並持續6～12小時的陳腐處理；(3)進行流延製成生膜帶，再經模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層2～3層，然後放入靜水壓機中以壓力30～60MPa、溫度50～90℃的條件下進行壓合成坯片，壓合時間為20～40分鐘；(5)將坯片作表面粗化處理，再衝切成型；(6)將成型的坯片裝窯燒結。
所述穩定劑為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佔電解質材料的0.5～3.0％和30～50％，PVB溶液加入量為30～45％。
本發明所採用的製備燃料電池電解質隔膜方法，不受製作環境溫度和溼度變化的影響，不會因為流延厚度增加而導致坯帶的開裂。所生產出來的電解質隔膜結構緻密、高溫電導率高、機械強度高。本發明適合於工廠規模化生產，可提高生產效率，降低成本，環境汙染較小。
具體實施例方式
實施例1稱量以3～10mol％氧化鈧(Sc2O3)和0.5～1mol％氧化鈰(CeO2)為穩定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，將其與預先配製好的甲苯、異丙醇、分散劑等成型助劑一起投入到球磨機中分散13～24小時。然後，加入適當的PVB溶液，繼續混磨13～24小時後出漿。把該漿料經真空脫泡和陳腐處理，並測量粘度合格，再進行流延。流延出來的生膜帶經模具衝切成形，經疊層3層、然後在靜水壓機中以35MPa的壓力下壓合30分鐘，並表面粗化處理，最後燒結和質量檢驗後成為產品。所製成燃料電池電解質隔膜的規格為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。
實施例2稱量以8mol％氧化釔(Y2O3)為穩定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，經與實施例1相同的工藝環節處理後成為產品。所製成燃料電池電解質隔膜的規格為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。
實施例3稱量0～8moL％氧化鈧(Sc2O3)和3～6mol％氧化釔(Y2O3)為穩定劑的氧化鋯(ZrO2)材料，將其與預先配製好的甲苯、異丙醇、分散劑等成型助劑一起投入到球磨機中分散13～24小時。然後，加入適當的PVB溶液，繼續混磨13～24小時後出漿。把該漿料經真空脫泡和陳腐處理，並測量粘度合格，再進行流延。流延出來的生膜帶經模具衝切成圓環形，經疊層2層、然後在靜水壓機中以35MPa的壓力下壓合30分鐘，並表面粗化處理，最後燒結和質量檢驗後成為產品。電解質隔膜內徑為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。
權利要求
1.一種固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法，其特徵在於按以下步驟實現(1)以加有穩定劑的氧化鋯(ZrO2)為電解質材料，加入成型助劑後投入球磨機中分散13～24小時，再加入PVB溶液繼續混磨13～24小時得到漿料；(2)將該漿料在9.5×104～105Pa的負壓環境下保持10～30分鐘進行真空脫泡，並持續6～12小時的陳腐處理；(3)進行流延製成生膜帶，再經模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層2～3層，然後放入靜水壓機中以壓力30～60MPa、溫度50～90℃的條件下進行壓合成坯片，壓合時間為20～40分鐘；(5)將坯片作表面粗化處理，再衝切成型；(6)將成型的坯片裝窯燒結。
2.根據權利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法，其特徵在於所述穩定劑為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.根據權利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質隔膜的製備方法，其特徵在於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佔電解質材料的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隔膜的製備方法，按以下步驟實現(1)以加有穩定劑的氧化鋯為電解質材料，加入成型助劑後投入球磨機中分散，再加入PVB溶液繼續混磨得到漿料；(2)將該漿料進行真空脫泡和陳腐處理；(3)進行流延製成生膜帶，再經模具裁剪成生膜片；(4)將生膜片按所需要的厚度疊層，然後放入靜水壓機中壓合成坯片，並同時作表面粗化處理，再衝切成型；(5)將成型的坯片裝窯燒結。本發明所採用的製備燃料電池電解質隔膜方法，不受製作環境溫度和溼度變化的影響，不會因為流延厚度增加而導致坯帶的開裂。所生產出來的電解質隔膜結構緻密、高溫電導率高、機械強度高。
文檔編號C08J5/22GK1794486SQ20051012131
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月26日 優先權日2005年12月26日
發明者謝燦生 申請人:潮州三環(集團)股份有限公司