一种双层电解质的质子陶瓷电池及制备方法与流程

本发明涉及固体氧化物燃料电池，尤其是涉及一种双层电解质的质子陶瓷电池及制备方法。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池特别是质子陶瓷传导型固体氧化物电池(pcc)作为一种高效、清洁的能源转换技术，具有广泛的应用前景，可用于分布式能源系统或与可再生能源联合使用。pcc能够直接将化学能转化为电能，且其中低温操作使得其即降低了辅助材料的要求，又具有较高的能量转换效率和燃料灵活性，可以利用氢气、甲烷和氨气等作为燃料。

2、然而，传统的pcc单层电解质结构在长时间高温运行过程中容易出现一系列问题，尤其是在电解水蒸气制氢的应用中，pcc往往实际法拉第效率极低，普遍认为这是由于pcc电解质漏电导致的。

3、尽管已经有一些制备双层电解质的方法，但仍然存在一些挑战，如制备工艺复杂、控制困难和成本较高等问题。因此，寻找一种简单、高效、可控的制备方法，成为提高双层电解质技术应用性和可行性的关键所在。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采取的技术方案为：

2、一种双层电解质的质子陶瓷电池，所述质子陶瓷电池包括：

3、燃料电极层；

4、复合在所述燃料电极层上的功能层；

5、复合在所述功能层上的第一电解质层；

6、复合在所述第一电解质层上的第二电解质层；

7、复合在所述第二电解质层上的空气电极层。

8、在一些实施例中，所述燃料电极层和功能层的材料为nio与陶瓷相的混合物，所述陶瓷相为bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ或bazr0.4ce0.4y0.2o3-δ，δ为氧缺位量。

9、在一些实施例中，所述第一电解质层的材料为basc0.8nb0.2o3-δ或basc0.8ta0.2o3-δ。

10、在一些实施例中，所述第二电解质层的材料为bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ或bazr0.4ce0.4y0.2o3-δ。

11、本发明另一方面提供了上述的双层电解质的质子陶瓷电池的制备方法，包括以下步骤：

12、s1、制得燃料电极粉体，将燃料电极粉体采用流延法制备出燃料电极层支撑体；

13、s2、在燃料电极层支撑体上采用共流延法、丝网印刷法或喷涂法制备功能层；

14、s3、采用物理气相沉积技术在功能层上沉积一层第一电解质层；

15、s4、采用物理气相沉积技术在第一电解质层上沉积一层第二电解质层；

16、s5、采用共流延法、丝网印刷法或喷涂法在第二电解质层上制备空气电极层，得到双层电解质的质子陶瓷电池。

17、在一些实施例中，所述物理气相沉积技术为真空溅射技术、脉冲激光沉积技术、真空等离子体喷涂技术或大气等离子体喷涂技术。

18、在一些实施例中，在步骤s1中，将bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ、nio粉体和聚甲基丙烯酸甲酯粉体按照质量比35：65：15，通过球磨机机械均匀混合，得到燃料电极粉体，将燃料电极粉体采用流延法制备出燃料电极层支撑体；

19、在步骤s2中，在燃料电极层支撑体上采用共流延法制备功能层，所述功能层采用bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ与nio粉体，按照质量比35：65混合，并在1100℃下烧结5h得到，得到含功能层的燃料电极支撑体；

20、在步骤s3中，采用脉冲激光沉积技术在功能层上沉积一层basc0.8nb0.2o3-δ电解质层，作为第一电解质层；

21、在步骤s4中，采用脉冲激光沉积技术在第一电解质层上沉积一层bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ电解质层，作为第二电解质层；

22、在步骤s5中，采用丝网印刷法制备一层ba0.5sr0.5co0.8fe0.2o3-δ作为空气电极层，在1100℃下烧结3h，得到双层电解质的质子陶瓷电池。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明提供的双层电解质的质子陶瓷电池，双层电解质的质子陶瓷电池通过将两种不同材料的电解质层叠加在一起，利用各自的优势来弥补单层结构的不足，双层电解质的存在有利于提高法拉第效率，减少质子陶瓷电池在实际应用中法拉第效率较低的问题，同时有利于提高质子陶瓷电池的电化学性能，有效减少质子陶瓷电池在电解水蒸气制氢过程中的漏电情况；本发明还提供了双层电解质的质子陶瓷电池的制备方法，利用共流延法、丝网印刷法或喷涂法将功能层沉积一定厚度到支撑体，采用物理气相沉积技术将电解质材料沉积一定厚度到支撑体，制备工艺简单，有利于增强界面结合力，极大的降低界面电阻，从而提高电化学性能，提升电池的稳定性表现。

技术特征：

1.一种双层电解质的质子陶瓷电池，其特征在于，所述质子陶瓷电池包括：

2.根据权利要求1所述的双层电解质的质子陶瓷电池，其特征在于，所述燃料电极层(1)和功能层(2)的材料为nio与陶瓷相的混合物，所述陶瓷相为bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ或bazr0.4ce0.4y0.2o3-δ，δ为氧缺位量。

3.根据权利要求1所述的双层电解质的质子陶瓷电池，其特征在于，所述第一电解质层(3)的材料为basc0.8nb0.2o3-δ或basc0.8ta0.2o3-δ。

4.根据权利要求1所述的双层电解质的质子陶瓷电池，其特征在于，所述第二电解质层(4)的材料为bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ或bazr0.4ce0.4y0.2o3-δ。

5.根据权利要求1所述的双层电解质的质子陶瓷电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的双层电解质的质子陶瓷电池的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积技术为真空溅射技术、脉冲激光沉积技术、真空等离子体喷涂技术或大气等离子体喷涂技术。

7.根据权利要求5所述的双层电解质的质子陶瓷电池的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，将bazr0.2ce0.6y0.2o3-δ、nio粉体和聚甲基丙烯酸甲酯粉体按照质量比35：65：15，通过球磨机机械均匀混合，得到燃料电极粉体，将燃料电极粉体采用流延法制备出燃料电极层(1)支撑体；

技术总结本发明公开了一种双层电解质的质子陶瓷电池，包括：燃料电极层；复合在所述燃料电极层上的功能层；复合在所述功能层上的第一电解质层；复合在所述第一电解质层上的第二电解质层；复合在所述第二电解质层上的空气电极层。其制备方法包括如下步骤：S1、制得燃料电极粉体，将燃料电极粉体采用流延法制备出燃料电极层支撑体；S2、在燃料电极层支撑体上采用共流延法、丝网印刷法或喷涂法制备功能层；S3、采用物理气相沉积技术在功能层上沉积一层第一电解质层；S4、采用物理气相沉积技术在第一电解质层上沉积一层第二电解质层；S5、采用共流延法、丝网印刷法或喷涂法在第二电解质层上制备空气电极层，得到双层电解质的质子陶瓷电池。技术研发人员：戴鹏,潘军,杨瑛,杨怡萍,区定容,唐渊,廖梓豪,陈蔼峻,何彬彬,黄旭锐受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局技术研发日：技术公布日：2024/9/29