快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法技術

本發明專利技術屬于燃料電池領域，具體涉及一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法。所述方法包括如下步驟：將聚氨酯樹脂中加入二甲基甲酰胺及陽極粉或電解質粉或陰極粉，然后球磨，經過真空脫泡后，流延在薄膜或基布上，然后進入與溶劑具有親和性，而與PU不親和的水中，溶劑被水置換，聚氨酯樹脂逐漸凝固，從而形成固態柔韌膜，該膜經晾干、沖壓切割、高溫燒結后，即可得到平整的固體氧化物燃料電池核心部件(陽極片、陰極片、電解質片等)。通過該工藝制備固體氧化物燃料電池核心部件節能、環保、生產效率高。

Method for rapidly producing core component of flat plate solid oxide fuel cell

The invention belongs to the fuel cell field, and in particular relates to a method for rapidly producing a core component of a flat plate solid oxide fuel cell. The method comprises the following steps: adding two polyurethane resin, dimethylformamide and anode or cathode electrolyte powder or powder powder, then after ball milling, vacuum deaeration, cast in the film or cloth, and then enter has affinity with the solvent, and PU affinity of water, the solvent is water replacement, polyurethane resin gradually solidified to form a solid, flexible film, the film after drying, stamping, cutting can be obtained after sintering at high temperature, solid oxide fuel cell core flat (anode, cathode, electrolyte etc.). The core components of the solid oxide fuel cell are prepared by this process. The energy saving, environmental protection and production efficiency are high.

【技術實現步驟摘要】
快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法
本專利技術屬于燃料電池領域，具體涉及一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法。
技術介紹
燃料電池作為一種直接將化學能轉化為電能的裝置，能量轉化效率高，作為一種新型的發電裝置，有望廣泛應用在發電廠替代傳統的火力發電，有望直接應用在新能源汽車上作為動力裝置。固體氧化物燃料電池更是由于核心部件全部為固態陶瓷避免了電解液的泄露等問題而更穩定。前人的研究成果較多的集中在電極材料的制備和電池形狀(如管狀，錐管狀，瓦楞狀)的設計上，而對于相當簡單，易于組裝的平板狀燃料電池反倒著力太少。現有的流延生產工藝采用加熱揮發法，不但消耗大量能源，而且溶劑大量揮發到環境中造成大氣污染，生產效率低。
技術實現思路
為解決現有技術的缺點和不足之處，本專利技術的目的在于提供一種節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，為企業提供一種可進行工業化規模快速生產平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的工藝，由此解決現有工藝耗能、污染環境和生產效率低的問題，促進燃料電池的產業化。本專利技術目的通過以下技術方案實現：一種節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，包括如下步驟：(1)將聚氨酯樹脂(PU)溶解在溶劑二甲基甲酰胺(DMF)中，攪拌溶解后，添加粉料，繼續高速攪拌，然后球磨，通過一定目數過濾篩出料；所述粉料為陽極粉、陰極粉或電解質粉；(2)將步驟(1)制得的漿料真空脫泡，消除溶解在漿料中的氣泡，同時檢測漿料的黏度；將經脫泡至黏度為1～100Pa·s的漿料進行流延，進入水中常溫固化成膜，晾干；(3)將步驟(2)得到的膜沖壓切片，送入高溫爐窯中煅燒，即得平板狀固體氧化物燃料電池核心部件。步驟(1)所述電解質粉優選為釔穩定的氧化鋯粉末；所述陰極粉優選為錳酸鑭粉末。步驟(1)所述陽極粉通過以下步驟制得：先后在球磨機中添加水、按1：1質量比混合的氧化鎳(NiO)和釔穩定的氧化鋯(YSZ)、占上述氧化鎳(NiO)和釔穩定的氧化鋯(YSZ)粉末總質量5％的造孔劑(如淀粉或纖維素等高分子化合物)、氧化鋯瓷球，進行球磨，噴霧干燥，得到陽極粉。步驟(1)所述聚氨酯樹脂、二甲基甲酰胺和粉料的質量比優選為1：4：4。步驟(1)所述目數優選為10～1000目，更優選為10目～400目；所述高速攪拌轉速為100～500rpm。步驟(2)所述真空脫泡的是指在負壓-0.1MPa～0MPa攪拌脫泡。步驟(2)所述固化的時間優選為1～5min。本專利技術所述常溫是指10～30℃。步驟(3)所述煅燒中高溫煅燒段溫度優選為1000～1500℃。步驟(3)所述沖壓工藝參數優選如下：送料速度為100～1000mm/min，沖頭壓力為0.2～1.0MPa，沖壓頻率≤20Hz。步驟(3)中，將煅燒后得到的片進行平整度及外觀檢驗，選擇合格品即為所述平板狀固體氧化物燃料電池核心部件。上述制備方法中，所述聚氨酯樹脂(PU)作為成型劑；二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑；水為相轉化劑。上述制備方法中所述的平板狀固體氧化物燃料電池核心部件包括陽極片、陰極片或電解質片等。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點及有益效果：(1)節能。現有的工藝通過加熱揮發溶劑需要消耗大量的能源，本技術方案通過相轉化法萃取溶劑，節約大量寶貴能源。(2)環保。現有工藝中加熱揮發的溶劑大量散失到大氣環境中，造成大氣污染，本技術方案采用相轉化劑——水進行溶劑的提取回收，不但環保，而且回收的溶劑可以循環使用，經濟。(3)生產效率高。現有工藝中通常流延速度為1m/min，本專利技術技術方案流延成型速度可達5m/min以上，生產效率大大提高。附圖說明圖1為本專利技術提供的節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池陽極片的工藝流程圖。圖2為本專利技術提供的節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池電解質片的工藝流程圖。圖3為本專利技術提供的節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池陰極片的工藝流程圖。圖4為本專利技術提供的節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的生產制備工序示意圖。具體實施方式下面結合實施例和附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間不構成沖突就可以相互組合。本專利技術提供的一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法如圖4所示，包括原料工序、噴霧干燥工序、混料工序、球磨混料工序、真空脫泡工序、流延工序、沖壓工序、燒結工序以及檢驗工序，根據粉料的不同，其中的原料工序、噴霧干燥工序可包含在原料的前處理工作中可以省略，具體包括如下步驟：將聚氨酯樹脂中加入二甲基甲酰胺、粉料(陽極粉或電解質粉或陰極粉)，然后球磨，再經過真空脫泡后，流延在薄膜或基布上，然后進入與溶劑具有親和性，而與PU不親和的水中，溶劑被水置換，聚氨酯樹脂逐漸凝固，從而形成固態柔韌膜，該膜經晾干、沖壓切割、高溫燒結后，即可得到平整的固體氧化物燃料電池核心部件(陽極片、陰極片、電解質片等)。實施例1本實施例提供一種節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池陽極的工藝，如圖1所示，具體包括如下步驟：(1)先后在球磨機中添加水，按1：1質量比混合的氧化鎳(NiO)和釔穩定的氧化鋯(YSZ)，占上述粉末總質量5％的造孔劑(淀粉或纖維素等高分子化合物)，氧化鋯瓷球，進行球磨，噴霧干燥，得到原料——陽極粉末。(2)在拌缸中加入溶劑二甲基甲酰胺(DMF)，隨后依次加入聚氨酯樹脂(PU)，陽極粉末，400rpm高速攪拌；隨后進行球磨混料，通過200目過濾篩出料至脫泡缸中；其中PU、DMF與陽極粉末的質量比為1：4：4。(3)將步驟(2)得到的漿料在一定的負壓(-0.1MPa)下攪拌脫泡，消除溶解在漿料中的氣泡，同時檢測漿料的黏度。(4)將脫泡至黏度為10Pa·s的漿料進行流延，流延速度為5m/min，進入相轉化劑(水)中固化成膜，固化時間2min，固化溫度為常溫，晾干。(5)將步驟(4)得到的膜沖壓切片(切片大小100mm×100mm，沖壓工藝參數優選如下：送料速度為100～1000mm/min，沖頭壓力為0.2～1.0MPa，沖壓頻率≤20Hz)，表面敷粉(氧化鋯粉)，疊片，裝承燒板上，送入高溫爐窯中煅燒，燒結制度如下：常溫——400℃，-12小時，400℃——600℃，-12小時，600℃——1200℃，-20小時，1200℃恒溫燒結，-12小時，1200℃——600℃，-，10小時，600℃——常溫，自然冷卻。將上述煅燒得到的片進行敲片，檢驗平整度，平整度不達標者送修正爐進行修正。修正燒結制度如下：常溫——1200℃，-10小時，1200℃恒溫修正，-4小時，1200℃——600℃，-5小時600℃——常溫，自然冷卻。將上述煅燒得到的片進行平整度及外觀檢驗，選擇合格品，得到陽極片。實施例2本實施例提供一種節能環保快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池電解質片的工藝，如圖2所示，具體包括如下步驟：(1)在拌缸中加入溶劑二甲基甲酰胺(DMF)，隨后依次加入聚氨酯樹脂(PU)，電解質釔穩定的氧化鋯(YSZ)粉末，400rpm高速本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將聚氨酯樹脂溶解在溶劑二甲基甲酰胺中，攪拌溶解后，添加陽極粉、陰極粉或電解質粉，繼續高速攪拌，然后球磨，通過一定目數過濾篩出料；(2)將步驟(1)制得的漿料真空脫泡，同時檢測漿料的黏度；將經脫泡至黏度為1～100Pa·s的漿料進行流延，進入水中常溫固化成膜，晾干；(3)將步驟(2)得到的膜沖壓切片，送入高溫爐窯中煅燒，即得所述平板狀固體氧化物燃料電池核心部件。

【技術特征摘要】
1.一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將聚氨酯樹脂溶解在溶劑二甲基甲酰胺中，攪拌溶解后，添加陽極粉、陰極粉或電解質粉，繼續高速攪拌，然后球磨，通過一定目數過濾篩出料；(2)將步驟(1)制得的漿料真空脫泡，同時檢測漿料的黏度；將經脫泡至黏度為1～100Pa·s的漿料進行流延，進入水中常溫固化成膜，晾干；(3)將步驟(2)得到的膜沖壓切片，送入高溫爐窯中煅燒，即得所述平板狀固體氧化物燃料電池核心部件。2.根據權利要求1所述的一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，其特征在于，步驟(1)所述電解質粉為釔穩定的氧化鋯粉末；所述陰極粉為錳酸鑭粉末。3.根據權利要求1所述的一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，其特征在于，步驟(1)所述陽極粉通過以下步驟制得：先后在球磨機中添加水、按1：1質量比混合的氧化鎳和釔穩定的氧化鋯、占氧化鎳和釔穩定的氧化鋯粉末總質量5％的造孔劑、氧化鋯瓷球，進行球磨，噴霧干燥，得到陽極粉。4.根據權利要求1所述的一種快速生產制備平板狀固體氧化物燃料電池核心部件的方法，其特征在于，步驟(1)所述聚氨酯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李連和，
申請(專利權)人：廣東環境保護工程職業學院，
類型：發明
國別省市：廣東,44