一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜及固體氧化物燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于燃料電池領(lǐng)域，涉及一種燃料電池的部件，具體涉及一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜及固體氧化物燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池作為一種能夠直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)化裝置由于兼具能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)受到人們廣泛關(guān)注。如日本TOTO株式會(huì)社在申請?zhí)枮?01280016340.2的發(fā)明專利中通過在電解質(zhì)中摻雜一部分氧化鋁開發(fā)出了一種能夠穩(wěn)定工作90000小時(shí)固體氧化物燃料電池；美國LG燃料電池系統(tǒng)公司在申請?zhí)枮?01280045198.4和201280045187.6的發(fā)明專利中對(duì)燃料電池的系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。
[0003]然而，到目前為止固體氧化物燃料電池發(fā)電的成本仍然較高，這主要與現(xiàn)有固體氧化物燃料電池生產(chǎn)和運(yùn)行成本較高有關(guān)?，F(xiàn)有固體氧化物燃料電池大多仍然采用傳統(tǒng)的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)為電解質(zhì)，工作溫度在750°C-1000°C。在如此高的溫度下長時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致電池各組件材料之間的副反應(yīng)，電極微結(jié)構(gòu)由于燒結(jié)而受到破壞等問題。除此之夕卜，較高的工作溫度使得固體氧化物燃料電池各組件可選的材料非常有限，不能采用成本相對(duì)低廉的密封和電極材料。
[0004]降低固體氧化物燃料電池的工作溫度到300_750°C溫度范圍有望顯著緩解上述問題，被普遍認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化的有效途徑。然而，固體氧化物燃料電池工作溫度的降低也會(huì)導(dǎo)致其輸出功率顯著衰減的問題。其中傳統(tǒng)的YSZ電解質(zhì)氧離子電導(dǎo)活化能較高，隨著溫度的下降電解質(zhì)離子傳導(dǎo)電阻顯著增加，已成為制約固體氧化物燃料電池中低溫化的關(guān)鍵因素之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，所述電解質(zhì)膜包括交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元和第二電解質(zhì)單元，所述第一電解質(zhì)單元由氧離子導(dǎo)體相構(gòu)成，所述第二電解質(zhì)單元由質(zhì)子導(dǎo)體相構(gòu)成。
[0007]優(yōu)選地，所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元分別有多個(gè)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體且優(yōu)選方面，所述第一電解質(zhì)單元與所述第二電解質(zhì)單元均為長條狀，且其長度延伸方向與所述電解質(zhì)膜的厚度方向垂直。進(jìn)一步地，所述第一電解質(zhì)單元的長度等于電解質(zhì)膜的一條邊的寬度，所述第一電解質(zhì)單元的厚度和所述第二電解質(zhì)單元的厚度均等于電解質(zhì)膜的厚度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一具體且優(yōu)選方面，所述多個(gè)第一電解質(zhì)單元和所述多個(gè)第二電解質(zhì)單元沿著所述的電解質(zhì)膜所在平面的長度方向和寬度方向交替排列。所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元的厚度等于所述電解質(zhì)膜的厚度，所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元的長和寬分別為I?30微米。優(yōu)選地，所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元的長和寬分別為2?20微米，更優(yōu)選為2?10微米。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述多個(gè)第一電解質(zhì)單元的大小、形狀可以相同或不同；所述多個(gè)第二電解質(zhì)單元的大小可以相同或不同，所述第一電解質(zhì)單元與所述第二電解質(zhì)單元的大小、形狀可以相同或不同。作為優(yōu)選，所述多個(gè)第一電解質(zhì)單元、第二電解質(zhì)單元的大小、形狀均相同。
[0011 ]優(yōu)選地，所述電解質(zhì)膜通過3D打印機(jī)打印而成。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型，所述氧離子導(dǎo)體相和質(zhì)子導(dǎo)體相是已知的，可以采用本領(lǐng)域常用的那些，沒有特別限制。例如，質(zhì)子導(dǎo)體相可以為BaZr0.1Ce0.7Y0.2O3-s(BZCY)，氧離子導(dǎo)體相可以為Gd0.1Ceth9OL95(GDCK))、Gd0.2060.8019(60020)'Sm0.1CetK9OL95(SDClO)和Sm0.2Ce0.801.9(SDC20 )中的一種或幾種組成的混合物。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，包括交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元和第二電解質(zhì)單元，第一電解質(zhì)單元由氧離子導(dǎo)體相構(gòu)成，第二電解質(zhì)單元由質(zhì)子導(dǎo)體相構(gòu)成，在傳統(tǒng)氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)膜中引入質(zhì)子傳導(dǎo)通道可有效緩解電解質(zhì)膜由于電池工作溫度降低而導(dǎo)致的離子電導(dǎo)顯著下降的問題，有利于實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池的中低溫化和實(shí)用化，從而有效降低固體氧化物燃料電池在中低溫工作條件下的離子電阻。
【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例1中固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜的平面圖；
[0015]圖2為圖1中固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜A處的局部放大圖；
[0016]圖3為圖1中固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜的剖視圖；
[0017]圖4為圖3中固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜B處的局部放大圖；
[0018]圖5為實(shí)施例2中固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜的平面圖；
[0019]其中，1、電解質(zhì)本體;11、第一電解質(zhì)單元;12、第二電解質(zhì)單元;2、基片。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例提供一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，如圖3和圖4所示，它形成在基片2的任一表面上，包括多個(gè)交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元11和第二電解質(zhì)單元12，第一電解質(zhì)單元11由氧離子導(dǎo)體相構(gòu)成，第二電解質(zhì)單元12由質(zhì)子導(dǎo)體相構(gòu)成。這樣在傳統(tǒng)氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)膜中引入質(zhì)子傳導(dǎo)通道可有效緩解電解質(zhì)膜由于電池工作溫度降低而導(dǎo)致的離子電導(dǎo)顯著下降的問題，有利于實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池的中低溫(300?800°C)化和實(shí)用化。
[0023]在本實(shí)施例中，第一電解質(zhì)單元11與第二電解質(zhì)單元12為尺寸和形狀相同的長條狀，它們的長度延伸方向與電解質(zhì)膜的厚度方向垂直，且長度等于電解質(zhì)膜的一條邊的寬度，它們的厚度等于電解質(zhì)膜的厚度。即如圖1和圖2所示。固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜由多個(gè)第一電解質(zhì)單元11和多個(gè)第二電解質(zhì)單元12交替排列構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)可通過在基片上先將第一電解質(zhì)單元11通過3D打印機(jī)打印出來，然后再將第二電解質(zhì)單元12打印出來。
[0024]第一電解質(zhì)單元11和第二電解質(zhì)單元12的寬度可以根據(jù)需要進(jìn)行確定(第一電解質(zhì)單元11的寬度和第二電解質(zhì)單元12的寬度可以相同也可以不同；每個(gè)第一電解質(zhì)單元11的寬度可以相同也可以不同，同樣每個(gè)第二電解質(zhì)單元12的寬度可以相同也可以不同)。
[0025]本例中，質(zhì)子導(dǎo)體相為BaZr0.1Ce0.7Y().203-s(BZCY)，而氧尚子導(dǎo)體相為選自Gd0.1Ce0.9O1.95(GDC10)、Gd0.2CeQ.801.9(GDC20)、SmQ.1Ce().901.95(SDC10)和 SmtL2Ce0.801.9(SDC20)中的一種或幾種組成的混合物。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本實(shí)施例提供一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，它形成在基片2的任一表面上，也包括多個(gè)交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元11和第二電解質(zhì)單元12，其材質(zhì)與實(shí)施例1中的一致，不同的是:多個(gè)第一電解質(zhì)單元11和多個(gè)第二電解質(zhì)單元12沿著電解質(zhì)膜的長度和寬度方向交替排列，如圖5所示，使得每一行中或者每一列中的相鄰兩個(gè)電解質(zhì)單元為不同的電解質(zhì)單元。在本實(shí)施例中，第一電解質(zhì)單元11和第二電解質(zhì)單元12的厚度為它們所構(gòu)成電解質(zhì)膜的厚度，第一電解質(zhì)單元11和第二電解質(zhì)單元12的長度和寬度均為3微米。
[0028]上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述電解質(zhì)膜包括交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元和第二電解質(zhì)單元，所述第一電解質(zhì)單元由氧離子導(dǎo)體相構(gòu)成，所述第二電解質(zhì)單元由質(zhì)子導(dǎo)體相構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元分別有多個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述第一電解質(zhì)單元與所述第二電解質(zhì)單元均為長條狀，且其長度延伸方向與所述電解質(zhì)膜的厚度方向垂直。4.權(quán)利要求3所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述第一電解質(zhì)單元的長度等于電解質(zhì)膜的一條邊的寬度，所述第一電解質(zhì)單元的厚度和所述第二電解質(zhì)單元的厚度均等于電解質(zhì)膜的厚度。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述多個(gè)第一電解質(zhì)單元和所述多個(gè)第二電解質(zhì)單元沿著所述的電解質(zhì)膜所在平面的長度方向和寬度方向交替排列。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元的厚度等于所述電解質(zhì)膜的厚度，所述第一電解質(zhì)單元和所述第二電解質(zhì)單元的長和寬分別為I?30微米。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述多個(gè)第一電解質(zhì)單元的大小、形狀相同或不同;所述多個(gè)第二電解質(zhì)單元的大小相同或不同，所述第一電解質(zhì)單元與所述第二電解質(zhì)單元的大小、形狀相同或不同。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述電解質(zhì)膜通過3D打印機(jī)打印而成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜，其特征在于:所述質(zhì)子導(dǎo)體相為1^21'().106().7￥().203-5，所述氧尚子導(dǎo)體相為6(1().106().901.95(60(]10)、6(1().206().801.9(60020)、Sm0.1Ce0.9(h.95( SDClO )和 S則.2Ce0.SO1.9( SDC20 )中的一種。10.—種固體氧化物燃料電池，其特征在于:含有如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)膜及固體氧化物燃料電池，所述電解質(zhì)膜包括交替設(shè)置的第一電解質(zhì)單元和第二電解質(zhì)單元，所述第一電解質(zhì)單元由氧離子導(dǎo)體相構(gòu)成，所述第二電解質(zhì)單元由質(zhì)子導(dǎo)體相構(gòu)成。在傳統(tǒng)氧離子導(dǎo)體電解質(zhì)膜中引入質(zhì)子傳導(dǎo)通道可有效緩解電解質(zhì)膜由于電池工作溫度降低而導(dǎo)致的離子電導(dǎo)顯著下降的問題，有利于實(shí)現(xiàn)固體氧化物燃料電池的中低溫化和實(shí)用化，從而有效降低固體氧化物燃料電池在中低溫工作條件下的離子電阻。
【IPC分類】H01M8/1253
【公開號(hào)】CN205231183
【申請?zhí)枴緾N201520988761
【發(fā)明人】龐勝利, 沈湘黔, 潘鐵政, 范景波, 趙程, 馮玉華
【申請人】蘇州攀特電陶科技股份有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月3日