專利名稱：電池集流層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池陰極側(cè)集流層及其制備方法。
背景技術(shù)：
電池指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。種類繁多，包括燃料電池、干電池、固體電解質(zhì)電池、鋰電池、化學(xué)電池等，其中燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能透過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，包括堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池和固體氧化物燃料電池等，其中，固體氧化物燃料電池SOFC主要由電解質(zhì)(electrolyte)、陽(yáng)極(anode)、陰極(cathode)組成，陽(yáng)極也叫燃料極(fuel electrode),陰極也叫空氣極(air electrode)。SOFC通常采用具有氧離子輸運(yùn)功能的固體氧化物作為電解質(zhì)，對(duì)氧具有還原活性的金屬或氧化物為陰極，對(duì)燃料具有催化活性的金屬或氧化物為陽(yáng)極。在電池運(yùn)行過(guò)程中，氧分子在陰極吸附解離后得到電子被還原成氧離子，氧離子在電位差和氧濃度差驅(qū)動(dòng)力的作用下，通過(guò)電解質(zhì)中的氧空位向陽(yáng)極遷移，與燃料氣發(fā)生氧化反應(yīng)，同時(shí)釋放電子，電子經(jīng)外電路傳輸?shù)疥帢O完成循環(huán)。在SOFC對(duì)外供電的過(guò)程中，需要將電子收集起來(lái)，對(duì)電池陰極和陽(yáng)極表面電流收集的過(guò)程叫集流。SOFC電池堆主要由單電池、連接件和密封材料組成。單電池陰極印刷有集流層，集流層是由具有電流收集作用的材料組成?，F(xiàn)有技術(shù)中，集流層多為鑭鍶錳層，連接件為不銹鋼，由于連接件上需設(shè)置氣流通道，其與集流層的接觸面積通常在電極面積的50%以內(nèi)，且由于鑭鍶錳層電導(dǎo)率低、橫向電阻大，連接件與鑭鍶錳集流層會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的接觸電阻，從而增加電池堆內(nèi)阻，降低其輸出功率。現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)多種途徑降低集流層與連接件的接觸電阻，一種方式為使用貴金屬作為集流材料，但該集流材料成本過(guò)高，不宜用作大規(guī)模生產(chǎn)。另一種方式為在電池與連接件之間夾入一層金屬網(wǎng)，以達(dá)到改善電極和連接件之間的接觸，降低電阻的目的。如中國(guó)專利申請(qǐng)CN1555105A公開了一種SOFC組裝結(jié)構(gòu)，在陰極和連接件之間使用了彈性接觸材料，該材料是隨機(jī)團(tuán)聚成一定厚度的金屬絲、金屬氈、金屬海綿體或具有彈性結(jié)構(gòu)的彎曲金屬薄片。但由于該接觸層的變形能力來(lái)源于金屬材料，屬于一種彈性而非柔性接觸層，因而接觸點(diǎn)較少，變形程度不均勻；金屬絲在高溫條件下與表面涂層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而改變各自的化學(xué)成分，降低電導(dǎo)率和力學(xué)性能；隨機(jī)團(tuán)聚的金屬絲形成的電流連接材料，氣孔分布不規(guī)則，電流收集點(diǎn)不均勻，不利于降低電阻。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種電池陰極側(cè)集流層及其制備方法，本發(fā)明提供的電池陰極側(cè)集流層有利于降低電池的電阻、提高輸出功率。本發(fā)明提供了一種電池陰極側(cè)集流層，包括:復(fù)合于陰極上的內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成；
復(fù)合于內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成；所述外層集流層復(fù)合于連接件上。優(yōu)選的，所述內(nèi)層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種；所述外層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述內(nèi)層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種；所述外層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種。優(yōu)選的,所述外層集流層中，所述貴金屬選自Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述外層集流層中，所述貴金屬選自Ag、Au、Pt和Pd中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述外層集流層中，所述貴金屬占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比為40% 99%ο優(yōu)選的,所述內(nèi)層集流層的厚度為10 200 μ m。優(yōu)選的,所述外層集流層的厚度為I 100 μ m。本發(fā)明提供了一種電池陰極側(cè)集流層的制備方法，包括:將鈣鈦礦印刷到陰極表面，制備得到內(nèi)層集流層；將鈣鈦礦和貴金屬印刷到內(nèi)層集流層上，得到外層集流層。本發(fā)明還提供了一種固體氧化物燃料電池，其陰極側(cè)集流層為上述技術(shù)方案所述的集流層或由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的集流層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種電池陰極側(cè)集流層，包括:復(fù)合于陰極上的內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成；復(fù)合內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成；所述外層集流層復(fù)合于連接件上。本發(fā)明提供的集流層是由內(nèi)層集流層和外層集流層形成，所述外層集流層包括貴金屬，使外層集流層與連接件的接觸面積變大，從而保持良好接觸；同時(shí)，貴金屬具有高的電導(dǎo)率，在高溫下可以保持多孔結(jié)構(gòu)和理化穩(wěn)定性，減小了外層集流層與連接件的接觸電阻，提高了輸出功率；進(jìn)一步的，所述內(nèi)層集流層是由鈣鈦礦形成，所述外層集流層是由鈣鈦礦和貴金屬形成，內(nèi)層集流層和外層集流層可以保持良好的接觸，接觸電阻較低。本發(fā)明提供的電池陰極側(cè)的集流層及其制備方法適用于所有電池中收集電流的體系，尤其適用于燃料電池，特別在固體氧化物燃料電池中具有良好的應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的單電池的斷面的SEM圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的單電池表面的SEM圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種電池陰極側(cè)集流層，包括:復(fù)合于陰極上的內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成；復(fù)合于內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成；所述外層集流層復(fù)合于連接件上。
本發(fā)明提供的一種電池陰極側(cè)集流層包括內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成；所述鈣鈦礦優(yōu)選選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種；所述內(nèi)層集流層的厚度優(yōu)選為10 200μπι，更優(yōu)選為50 150 μ m ;所述內(nèi)層集流層復(fù)合于陰極上，本發(fā)明對(duì)于所述陰極材料并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的電池陰極材料即可，優(yōu)選為鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯中的一種或幾種，更優(yōu)選為鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯按照1:1復(fù)合而成。在本發(fā)明中，內(nèi)層集流層和陰極材料組成相近，因此能保持良好的接觸，實(shí)現(xiàn)極低的接觸電阻。本發(fā)明提供的電池陰極側(cè)集流層包括復(fù)合于內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成；所述鈣鈦礦優(yōu)選選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種；所述貴金屬優(yōu)選選自Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自Ag、Au、Pt和Pd中的一種或幾種；外層集流層中，所述貴金屬占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比優(yōu)選為40% 99%，更優(yōu)選為40% 90% ;所述鈣鈦礦占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比為1% 60%，更優(yōu)選為10% 60% ;所述外層集流層的厚度優(yōu)選為I 100 μ m,更優(yōu)選為10 90 μ m0在本發(fā)明中，內(nèi)層集流層和外層集流層能夠很好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)極低的接觸電阻；同時(shí)，在外層集流層中，貴金屬之間存在一定的連接，以實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電和集流的效果，同時(shí)多孔的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物實(shí)現(xiàn)對(duì)貴金屬的包裹，可以限制貴金屬之間的團(tuán)聚，從而形成一種具有良好導(dǎo)電性的金屬層網(wǎng)絡(luò)和限制金屬團(tuán)聚的多孔的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物網(wǎng)絡(luò)互相嵌套的結(jié)構(gòu)，在中高溫的條件下也可以保持良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的集流層復(fù)合于連接件上，本發(fā)明對(duì)于連接件的材料并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的材料均可，優(yōu)選為耐高溫不銹鋼。本發(fā)明提供的外層集流層包括貴金屬，使外層集流層與連接件的接觸面積變大，從而保持良好接觸；同時(shí)，貴金屬具有高的電導(dǎo)率，在高溫下可以保持多孔結(jié)構(gòu)和理化穩(wěn)定性，減小了外層集流層與連接件的接觸電阻，提高了輸出功率。本發(fā)明還提供了一種電池陰極側(cè)集流層的制備方法，包括:將鈣鈦礦印刷到陰極表面，制備得到內(nèi)層集流層；將鈣鈦礦和貴金屬印刷到內(nèi)層集流層上，得到外層集流層。本發(fā)明對(duì)于所述鈣鈦礦的來(lái)源沒有特殊限制，可以為市售，優(yōu)選按照CN102167403A公開的方法進(jìn)行制備。本發(fā)明將鈣鈦礦印刷到陰極表面，制備得到內(nèi)層集流層，所述鈣鈦礦優(yōu)選選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種；本發(fā)明對(duì)于所述印刷方式并無(wú)限制，優(yōu)選為絲網(wǎng)印刷，具體包括以下步驟:將松油醇和乙基纖維素混合，在烘箱中加熱，形成粘合劑；所述松油醇和乙基纖維素的混合質(zhì)量比優(yōu)選為96:4 ;所述溫度優(yōu)選為55°C 65°C ;所述加熱時(shí)間優(yōu)選為11 13小時(shí)。將鈣鈦礦和粘合劑混勻，研磨；優(yōu)選的，所述鈣鈦礦和粘合劑的質(zhì)量比為1:1 ;本發(fā)明對(duì)于混合方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式即可，優(yōu)選為使用行星攪拌機(jī)、擂潰機(jī)或手動(dòng)攪拌混合；本發(fā)明對(duì)于所述研磨方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的研磨方式即可，優(yōu)選為用研磨機(jī)研磨；更優(yōu)選為用三輥研磨機(jī)研磨?；靹蜓心ズ笥媒z網(wǎng)印刷到陰極表面，得到內(nèi)層集流層；所述絲網(wǎng)優(yōu)選為200目。本發(fā)明優(yōu)選將鈣鈦礦和貴金屬印刷到內(nèi)層集流層上，得到外層集流層；所述鈣鈦礦優(yōu)選選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自鑭鍶錳和鑭銀鈷中的一種或幾種；所述貴金屬優(yōu)選選自Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os和Ir中的一種或幾種，更優(yōu)選的選自Ag、Au、Pt和Pd中的一種或幾種；本發(fā)明對(duì)于所述印刷方式并無(wú)限制，優(yōu)選為絲網(wǎng)印刷，具體包括以下步驟:將松油醇和乙基纖維素混合，在烘箱中加熱，形成粘合劑；所述松油醇和乙基纖維素的混合質(zhì)量比優(yōu)選為96:4 ;所述溫度優(yōu)選為55°C 65°C ;所述加熱時(shí)間優(yōu)選為11 13小時(shí)。將鈣鈦礦、貴金屬和粘合劑混勻，研磨；所述貴金屬占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比優(yōu)選為40% 99%，更優(yōu)選為40% 90% ;所述鈣鈦礦占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比為1% 60%，更優(yōu)選為10% 60% ;優(yōu)選的，所述鈣鈦礦和貴金屬的總和與粘合劑的質(zhì)量比為1:1 ;本發(fā)明對(duì)于混合方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式即可，優(yōu)選為使用行星攪拌機(jī)、擂潰機(jī)或手動(dòng)攪拌混合；本發(fā)明對(duì)于所述研磨方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的研磨方式即可，優(yōu)選為用研磨機(jī)研磨；更優(yōu)選為用三輥研磨機(jī)研磨?；靹蜓心ズ笥媒z網(wǎng)印刷到內(nèi)層集流層表面，得到外層集流層；所述絲網(wǎng)優(yōu)選為200 目。本發(fā)明對(duì)于所述松油醇、乙基纖維素和貴金屬的來(lái)源沒有限制，優(yōu)選為市售。本發(fā)明提供的電池陰極側(cè)集流層以及制備方法適用于所有電池中收集電流的體系，尤其適用于燃料電池，特別在固體氧化物燃料電池中具有良好的應(yīng)用。本發(fā)明還提供了一種固體氧化物燃料電池，包括陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和集流層，其中，陰極側(cè)集流層為上述技術(shù)方案所述的集流層或由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的集流層。本發(fā)明對(duì)于所述陽(yáng)極材料、陰極材料和電解質(zhì)材料均無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的陽(yáng)極材料、陰極材料和電解質(zhì)材料即可。優(yōu)選將本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池陰極側(cè)集流層制備成單電池，選用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)制成電池進(jìn)行電池電阻和性能的測(cè)試，單電池包括陰極集流層、陽(yáng)極側(cè)集流層、陰極材料、陽(yáng)極材料、電解質(zhì)材料和密封材料。所述陰極材料優(yōu)選為鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成；所述陽(yáng)極材料優(yōu)選為氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成；所述電解質(zhì)材料優(yōu)選為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ )。所述陽(yáng)極集流層優(yōu)選按照以下方法制備:將松油醇和乙基纖維素混合，在烘箱中加熱，形成粘合劑；所述松油醇和乙基纖維素的混合質(zhì)量比優(yōu)選為96:4 ;所述溫度優(yōu)選為55°C 65°C ;所述加熱時(shí)間優(yōu)選為11 13小時(shí)。將氧化鎳和粘合劑混勻，研磨；優(yōu)選的，所述氧化鎳和粘合劑的質(zhì)量比為1:1 ;本發(fā)明對(duì)于混合方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式即可，優(yōu)選為使用行星攪拌機(jī)、擂潰機(jī)或手動(dòng)攪拌混合；本發(fā)明對(duì)于所述研磨方式并無(wú)限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的研磨方式即可，優(yōu)選為用研磨機(jī)研磨；更優(yōu)選為用三輥研磨機(jī)研磨?；靹蜓心ズ笥媒z網(wǎng)印刷到陽(yáng)極表面，得到陽(yáng)極集流層；所述絲網(wǎng)優(yōu)選為200目。本發(fā)明優(yōu)選在陰極和陽(yáng)極的兩側(cè)印刷本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的密封材料，防止電池測(cè)試過(guò)程中漏氣。制備得到單電池后在陽(yáng)極側(cè)通入氫氣、在陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比為25:61.25，優(yōu)選采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的電池陰極側(cè)集流層及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例1以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為1:1的按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳和上述制備的粘合劑手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極表面，形成厚度為IOOym的陰極內(nèi)層集流層；將質(zhì)量比為90:10的Ag和上述制備的鑭鍶錳的混合物與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極內(nèi)層集流層表面，形成厚度為ΙΟμπι的陰極外層集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見圖1、圖2和表1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的單電池的斷面的SEM圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的單電池表面的SEM圖，由圖1和圖2可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1制備的單電池Ag顆粒之間有連接，但增大有限，不會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象；表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例2以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為1:1的按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳和上述制備的粘合劑手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極表面，形成厚度為IOOym的陰極內(nèi)層集流層；將質(zhì)量比為70:30的Ag和上述制備的鑭鍶錳的混合物與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極內(nèi)層集流層表面，形成厚度為ΙΟμπι的陰極外層集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見表1，表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例3以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為1:1的按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳和上述制備的粘合劑手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極表面，形成厚度為IOOym的陰極內(nèi)層集流層；將質(zhì)量比為50:50的Ag和上述制備的鑭鍶錳的混合物與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極內(nèi)層集流層表面，形成厚度為ΙΟμπι的陰極外層集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見表1，表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例4以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為1:1的按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳和上述制備的粘合劑手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極表面，形成厚度為IOOym的陰極內(nèi)層集流層；將質(zhì)量比為40:60的Ag和上述制備的鑭鍶錳的混合物與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極內(nèi)層集流層表面，形成厚度為ΙΟμπι的陰極外層集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見表1，表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果。比較例I以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為1:1的按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳和上述制備的粘合劑手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極表面，形成厚度為100 μ m的陰極內(nèi)層集流層；將上述制備的鑭鍶錳與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極內(nèi)層集流層表面，形成厚度為IOym的陰極外層集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見表1，表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果.
比較例2以氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(8YSZ)為電解質(zhì)材料，以鑭鍶錳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比1:1復(fù)合組成的材料為陰極材料，以氧化鎳和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(8YSZ)按照質(zhì)量比6:4復(fù)合組成的材料為陽(yáng)極材料制備包括陰極/電解質(zhì)/陽(yáng)極的電池，電池大小為10*10cm*cm,電解質(zhì)厚度為200 μ m,電極面積為64cm2。將松油醇和乙基纖維素按照質(zhì)量比為96:4混合后于60°C的烘箱中加熱12小時(shí)，制成粘合劑；將質(zhì)量比為90:10的Ag和按照CN102167403A實(shí)施例1公開的方法制備的鑭鍶錳的混合物與上述制備的粘合劑按照1:1的質(zhì)量比手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陰極集流層表面，形成厚度為ΙΙΟμπι的陰極集流層；將氧化鎳和上述制備的粘合劑按照質(zhì)量比為1:1的比例手動(dòng)攪拌混勻后用三輥研磨機(jī)研磨分散，用200目的絲網(wǎng)印刷于電池陽(yáng)極表面，形成厚度為100 μ m陽(yáng)極集流層，制備得到單電池。對(duì)上述制備的單電池陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入空氣，其中，氫氣和空氣的體積比25:61.25，采用寧波拜特測(cè)控技術(shù)有限公司的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試電池性能。結(jié)果見表1，表I為本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果。表I本發(fā)明實(shí)施例和比較例提供的電池的電阻和功率密度的測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)8_實(shí)施例1 實(shí)施銷2 實(shí)施例3 實(shí)施例4對(duì)比例丨對(duì)比例2
Rs(mohm) 3.95 4,05 4.26 4.35 23.82 4.11
Po—7v(W/cm2) 0.424 0.393 0.385 0.372 0.128 0.205
由表I可知，本發(fā)明提供的固體氧化物燃料電池陰極側(cè)集流層制備得到電池的電阻較小，功率密度較高。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電池陰極側(cè)集流層，包括: 復(fù)合于陰極上的內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成； 復(fù)合于內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成； 所述外層集流層復(fù)合于連接件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流層，其特征在于，所述內(nèi)層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種；所述外層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳、鑭鍶鈷、鑭鈷鎳和鑭鍶鈷鐵中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集流層，其特征在于，所述內(nèi)層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種；所述外層集流層中，所述鈣鈦礦選自鑭鍶錳和鑭鍶鈷中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流層，其特征在于，所述外層集流層中，所述貴金屬選自Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os 和 Ir 中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集流層，其特征在于，所述外層集流層中，所述貴金屬選自Ag、Au、Pt和Pd中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流層，其特征在于，所述外層集流層中，所述貴金屬占所述貴金屬和鈣鈦礦總和的質(zhì)量百分比為40% 99%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流層，其特征在于，所述內(nèi)層集流層的厚度為10 200 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集流層，其特征在于，所述外層集流層的厚度為I 100μ m。
9.一種電池陰極側(cè)集流層的制備方法，包括: 將鈣鈦礦印刷到陰極表面，制備得到內(nèi)層集流層； 將鈣鈦礦和貴金屬印刷到內(nèi)層集流層上，得到外層集流層。
10.一種固體氧化物燃料電池，其特征在于，其陰極側(cè)集流層為權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)所述的集流層或由權(quán)利要求9所述的制備方法制備得到的集流層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池陰極側(cè)集流層，包括復(fù)合于陰極上的內(nèi)層集流層，所述內(nèi)層集流層由鈣鈦礦形成；復(fù)合于內(nèi)層集流層上的外層集流層，所述外層集流層由鈣鈦礦和貴金屬形成；所述外層集流層復(fù)合于連接件上。本發(fā)明提供的集流層是由內(nèi)層集流層和外層集流層形成，所述外層集流層包括貴金屬，使外層集流層與連接件的接觸面積變大，從而保持良好接觸；同時(shí)，貴金屬具有高的電導(dǎo)率，在高溫下可以保持多孔結(jié)構(gòu)和理化穩(wěn)定性，減小了外層集流層與連接件的接觸電阻，提高了輸出功率；進(jìn)一步的，所述內(nèi)層集流層是由鈣鈦礦形成，所述外層集流層是由鈣鈦礦和貴金屬形成，內(nèi)層集流層和外層集流層可以保持良好的接觸，接觸電阻較低。
文檔編號(hào)H01M8/02GK103199278SQ20131007083
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者朱駿, 王蔚國(guó), 何長(zhǎng)榮, 孫珊珊, 王建新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所