本技术涉及固体氧化物燃料电池材料技术领域,尤其涉及一种固体氧化物电池支撑电极、电池及制备方法。所述固体氧化物电池支撑电极的制备方法包括以下步骤:S1)提供固体氧化物电池支撑电极,所述固体氧化物电池支撑电极由皮肤层和暴露的指状孔层组成;S2)在所述指状孔层中的开放孔中注入填充物;S3)对所述步骤S2)得到的材料进行热压处理,消除孔柱间的闭气孔,得到力学性能增强的支撑电极,进而叠压电解质制备具有相转化指状孔特征的固体氧化物燃料电池。本发明是一种可以同时保持支撑电极孔道结构又提升支撑电池机械强度的方法,同时操作简单便利,有利于工业化和规模化。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)作为高效的清洁能源转换装置有望在“碳中和”中发挥重要作用。然而,在平板式SOFC技术开发过程中,单电池的分层、断裂等力学行为不仅极大降低电池电化学性能,甚至对电堆系统寿命产生重要影响,导致SOFC商业化和规模化受到挑战。电堆系统的设计必须满足装配和操作所需的机械强度,其中连接体常用力学性能较好的304L、430L等铁素体不锈钢。因此,有必要研究如何提升单电池的机械强度以应对突然的功率改变和冷启动导致的热应力和装配时出现的机械载荷。
SOFC的全固态结构决定了单电池部分结构需承担结构支撑功能。传统的电解质支撑电池发展较为成熟,具有较高的机械强度,制备工艺简易,以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为代表。但由于较厚的电解质(200-300μm)会产生较大的欧姆阻抗,制约了电池的电化学性能,而提高电池工作温度又会产生额外的能量损耗和降低电堆寿命,不利于SOFC发展。电极支撑电池以较厚的多孔支撑电极(300-800μm)作为支撑体,采用较薄的电解质以降低欧姆阻抗,其中商业化较为成熟的是Ni-YSZ金属陶瓷阳极支撑的平板电池、铁酸镧钴锶(LSCF,La1-x
Srx
Co1-y
Fey
O3
)与氧化钆稳定的氧化铈(GDC)复合的阴极支撑的平板式电池、锰酸镧(LSM)与YSZ复合的阴极支撑的平板式电池、430L不锈钢作为支撑体的金属支撑型平板式电池。多孔电极支撑电池的机械强度与电极的孔隙率有极强的相关性,不同的孔道结构会影响支撑电极的结构强度。Selcuk等人报道了NiO-YSZ坯体的杨氏模量和剪切模量随孔隙率增大而降低的现象,随着孔隙率从0增加到23vol%,杨氏模量由200GPa降低至110GPa。此外,Radovic等人还报道了Ni-YSZ支撑电极再还原后产生的孔隙使杨氏模量减少了45%。虽然直孔结构电极有利于物质传输,但过高的孔隙率使其结构强度较低,是制约直孔结构电池大尺寸化的关键因素。
因此,如何实现在保证电池孔道结构的前提下提高电池电极机械强度具有重要意义。
实现思路