專利名稱：不易積碳的固體氧化物燃料電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及不易積碳的固體氧化物燃料電池領域，特別是涉及一種陽極不易積碳的不易積碳的固體氧化物燃料電池。
背景技術：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是繼磷酸鹽燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)之后的第三代燃料電池，其工作溫度一般在600-1000°C左右，電動勢來源于電池兩側(cè)不同的氧分壓。其單體電池是由正負兩個電極(負極為燃料電極，正極為氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。陽極、陰極的主要作用是導通電子和提供反應氣體、產(chǎn)物氣體的擴散通道。固體電解質(zhì)將兩側(cè)的氣體分隔開來，由于兩側(cè)氧分壓的不同，產(chǎn)生了氧的化學位梯度，在該化學位梯度的作用下，在陰極獲得電子的氧離子(02-)經(jīng)固體電解質(zhì)向陽極運動，在陽極釋放出電子，從而在兩極形成電壓。從原理上講，固體氧化物燃料電池是最理想的燃料電池之一，因為它不僅具有其他燃料電池的高效與環(huán)境友好等特點，還具備如下優(yōu)點(I)運行溫度高(一般為800-1000°C)，陰、陽極的化學反應速率大，并接近于熱力學平衡，電極處的極化阻抗小，可以通過大的電流密度，不需要貴重的催化劑；(2)由于固體氧化物電解質(zhì)的透氣性很低，電子電導率低，開路時電壓可以達到理論值的96% ；(3)由于SOFC運行溫度高，便于利用高溫廢氣，可實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃料利用率高；(4)全固體結(jié)構(gòu)，避免了液態(tài)電解質(zhì)對材料的腐蝕，解決了電解液的控制問題；(5)氧化物電解質(zhì)很穩(wěn)定，抗毒性好。電極有相對較強的抗污染能力；(6)可使用多種燃料，包括直接使用碳氫化合物；(7)不要求外圍設備條件，諸如不需要濕度控制、空氣調(diào)節(jié)等。傳統(tǒng)的燃料電池都是以Ni基為陽極，大部分是以H2為燃料的，既使用碳氫燃料也是經(jīng)過重整產(chǎn)出H2再喂入電池，這不但危險，而且提高了電池的制造和運作費用。目前對電池內(nèi)部進行重整，由碳氫燃料催化反應出H2和C0，H2、C0再與由陰極擴散來的02電化學反應并放出電子。內(nèi)部重整又對電池陽極提出了新的要求，早期的Ni基陽極由于Ni會參與碳沉積反應(如甲烷的熱解)，即碳與Ni生成金屬間化合物，隨著碳的進一步沉積生長損壞電池。為了解決碳的沉積對電池的損害，可以通過兩種途徑解決一是改變操作條件以減小影響；二是尋找其他的陽極替代Ni基陽極。在改變操作條件方面發(fā)現(xiàn)，對水蒸汽內(nèi)部重整來說只要C/Η比維持到一定比例就不會有碳的沉積。雖然如此，這又帶來一些問題，比如說如何保證這個比例始終在這個范圍之內(nèi)，即使能操作，設備費用也相對增加，而且水蒸氣含量太高燃料效率下降，電池性能下降。在尋找Ni基陽極的替代陽極方面，有兩種方案一是復合氧化物陽極，如(Ba/Sr/Ca/La)0. 6MxNbl-x03_ δ陽極；二是其他金屬基氧化物陽極，如CuO基陽極。但是CuO的熔點只有1148°C，如果燒結(jié)溫度高于此溫度CuO成液態(tài)，而該溫度下電解質(zhì)還沒燒結(jié)致密，故擴散較快。如果Cu擴散進入電解質(zhì)，還原后電解質(zhì)有電子導電性，這就等于電池內(nèi)部短路，電池失效。由于CuO的低熔點，使CuO和電解質(zhì)很難共
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實用新型內(nèi)容本實用新型主要解決的技術問題是提供一種不易積碳的固體氧化物燃料電池，能夠有效的防止陽極積碳，并且選用的陽極材料熔點較高，避免了因陽極材料擴散到電解質(zhì)內(nèi)導致電池失效的問題。為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是提供一種不易積碳的固體氧化物燃料電池，包括正負兩個多孔的電極及兩電極之間的導電電解質(zhì)層，所述陽極為燃料電極，所述陰極為空氣電極，，所述陽極采用錳基氧化物材料。在本實用新型一個較佳實施例中，所述錳基氧化物材料熔點高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度。在本實用新型一個較佳實施例中，所述電極與電解質(zhì)界面含有氧化鈾中間導電層，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。本實用新型的有益效果是(I)本實用新型陽極選用錳基氧化物材料，熔點較高，可以與電解質(zhì)共燒，避免了因陽極材料熔點低于燒結(jié)溫度，快速擴散進電解質(zhì)，導致還原后電池內(nèi)部短路，進而電池失效的問題。(2)該陽極材料對生物質(zhì)氣水蒸氣內(nèi)部重整具有良好的催化作用，有效的防止了陽極積碳。

圖I是本實用新型不易積碳的固體氧化物燃料電池一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中各部件的標記如下1、陽極，2、電解質(zhì)層，3、陰極，4、中間導電層。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，本實用新型實施例包括正負兩個多孔的電極及兩電極之間的導電電解質(zhì)層2，陽極I為燃料電極，陰極3為空氣電極，陽極I采用錳基氧化物材料。進一步，錳基氧化物材料熔點高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度，使得陽極I材料可以和電解質(zhì)2共燒，避免了因陽極I材料低于電解質(zhì)2燒結(jié)溫度擴散進電解質(zhì)2中導致電池失效的問題。進一步，電極與電解質(zhì)2界面含有氧化鈾中間導電層4，該層導體從含有氧化鈾和氧化釔的懸浮物中提取，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。此混合導體層表面的任何一點均可為電化學反應提供必要的條件，使三相反應點大大增加，減少界面電阻。降低了電池的激活能，使電池在低溫下的性能得到了明顯改善。[0025]區(qū)別于現(xiàn)有技術，本實用新型陽極I材料選用錳基氧化物代替CuO基氧化物，熔點高于電解質(zhì)的燒結(jié)溫度，使得電解質(zhì)2和陽極I材料可以進行共燒，提高了燃料電池的使用壽命，并且有效的防止了陽極I積碳問題。以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在 其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種不易積碳的固體氧化物燃料電池，包括陰陽兩個多孔的電極及兩電極之間的導電電解質(zhì)層，所述陽極為燃料電極，所述陰極為空氣電極，其特征在于，所述陽極采用錳基氧化物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不易積碳的固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述錳基氧化物材料熔點高于電解質(zhì)燒結(jié)溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的不易積碳的固體氧化物燃料電池，其特征在于，所述電極與電解質(zhì)界面含有氧化鈾中間導電層，印刷在電解質(zhì)薄板上，厚度小于10mm。
專利摘要本實用新型公開了一種不易積碳的固體氧化物燃料電池，包括正負兩個多孔的電極及兩電極之間的導電電解質(zhì)層，負極為燃料電極，正極為氧化劑電極，陽極采用錳基氧化物材料代替CuO基氧化物。通過上述方式，本實用新型能夠有效的防止陽極積碳，并且選用的陽極材料熔點較高，避免了因陽極材料擴散到電解質(zhì)內(nèi)導致電池失效的問題。
文檔編號H01M8/12GK202585631SQ201220086639
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者郭豐亮 申請人:郭豐亮