本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種制備固體氧化物燃料電池用密封墊的方法以及該方法中產(chǎn)生的廢料回收再利用的方法。將密封材料的粉體配上分散劑、粘結(jié)劑、塑化劑和溶劑球磨混合后，經(jīng)過篩網(wǎng)過濾和真空脫泡，進行流延并烘干，根據(jù)密封墊外圍尺寸的要求對素坯進行裁剪，將多層素坯疊加對齊后在兩側(cè)依次墊上PET膜和不銹鋼板，裝入塑封袋進行抽真空塑封，然后放在熱壓機上進行熱壓，取出后裁剪成規(guī)定尺寸的密封墊。將裁剪后的廢料進行收集，配上溶劑后進行球磨混合，可繼續(xù)用于密封墊的制備。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種固體燃料電池用密封墊的制備方法，尤其涉及一種制備所述密封墊的方法以及所述生產(chǎn)方法中產(chǎn)生的廢料的回收再利用方法。
技術(shù)介紹
固體氧化物燃料電池(SOFC)是將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)發(fā)電裝置。基于其所具有的能量轉(zhuǎn)化效率高、對環(huán)境友好、對燃料適應性廣、使用壽命長等優(yōu)點，SOFC是一種具有廣闊應用前景的能源利用方式。 SOFC的常見結(jié)構(gòu)有管式和平板式，以及由這兩種基本結(jié)構(gòu)衍生出的其他結(jié)構(gòu)。其中平板式SOFC以其制備工藝簡單、生產(chǎn)成本低、裝配成堆時程序簡單等優(yōu)點，是SOFC的研究熱點。對于平板式SOFC而言，電池的密封是一項關(guān)鍵技術(shù)。在SOFC正常工作時，密封材料的主要作用有1)隔絕燃料氣體和空氣；2)將連接板和單電池等組件連接在一起構(gòu)成電堆；3)保證連接板之間的電絕緣性，防止連接板電流短路。因此，密封材料必須滿足的要求有1)在氧化和還原氣氛下都具有較高的化學穩(wěn)定性；2)與被封接材料之間有很好的化學相容性；3)與被封接材料的熱膨脹系數(shù)匹配；4)與被封接材料的浸潤性較好和較強的結(jié)合力；5)在SOFC的工作溫度下，具有較高的長期熱穩(wěn)定性。除此以為，密封材料還必須生產(chǎn)成本低，適合批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。目前對SOFC密封技術(shù)的研究主要有壓密封和硬密封。壓密封是采用“密封圈”的概念實現(xiàn)密封，通過壓實填充于SOFC組件間的密封材料(如云母、柔性石墨等)達到密封目的。硬密封是指密封材料與SOFC組件之間是硬連接，封接后不產(chǎn)生塑性變形，不能做相對運動的密封。硬密封所采用的封接材料主要有玻璃、微晶玻璃、玻璃陶瓷等。目前常見的采用硬封接方法進行封接的材料成型方法主要有模具澆鑄(如CN1812159A、CN101651188A、CN1494176A)，流延(如 CN102386345A、CN101079476A、CNlOl 174677A)，滾壓成型(如 CN1465647A、CN1599092A、CN1884423A)，漿料涂敷法(如CN1234617A、CN101075665A、CN101174677A),以及噴涂等。這些成型方法各有優(yōu)缺點。例如，漿料涂敷法并不適宜大面積批量生產(chǎn)，原因在于大面積涂敷漿料時的厚度均勻性不易控制。對于模具澆注法，由于需要根據(jù)尺寸事先定制特定的模具，尺寸變更一般必須變更模具，提高了成本。對于流延法而言，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，適合批量生產(chǎn)。但在針對制備平板式SOFC密封墊時，原料的浪費較嚴重。原因在于，在實際使用時，密封區(qū)域一般只需要在電池的周邊，密封墊的形狀大多為環(huán)狀，在對流延干燥后的素坯進行裁剪時，中心部分區(qū)域會被摳除，這就導致很大一部分原料被浪費。另外，在軋膜，滾壓成型等方法也會遇到類似情況。迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)對于裁剪后的廢料進行回收再利用的專利報道。對廢料進行回收時，可能出現(xiàn)的問題是與原始粉體相比，廢料中的粉體經(jīng)過了球磨分散，熱壓，流延烘干等步驟后，其粉體粒徑分布和堆積情況發(fā)生了很大變化。如何保證使用廢料制備密封墊與使用原始粉體制備密封墊時的一致性，是要經(jīng)過嚴格控制的。否則，在封接過程中，密封墊的升溫收縮性質(zhì)會發(fā)生很大變化，容易導致封接失敗。在將密封墊和被封接的電池組件裝配完成后，經(jīng)過熱處理步驟進行封接。在升溫過程中，由于密封墊中的有機添加劑被燃燒，密封基體本身也會有燒結(jié)收縮。當收縮率過大時，密封墊容易收縮斷裂，導致封接失敗。專利CN101079476A提到，在裝配前對密封墊進行預壓，提高粉體的堆積密度，可以提高封接成功率。但同樣提到，過大的預壓壓力可能造成密封墊從壓機上取下出現(xiàn)困難的問題。另外，為達到良好的密封效果，密封墊需要具備一定的厚度，同時厚度均勻。在流延成型中，當流延厚度超過一定范圍時，素坯的厚度均勻性不易控制。必須采用流延適當厚度的密封墊素坯，再用多層素坯疊層熱壓，進而得到所需厚度的厚素坯的方法，才可以規(guī)避以上問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
基于現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，本專利技術(shù)提供了一種平板式SOFC用密封墊的制備工藝，目的在于解決流延法制備密封墊時原料利用率過低，浪費嚴重的問題；解決密封墊由于干燥時間的限制導致生產(chǎn)效率受制于流延臺面長度的問題；解決密封墊在熱處理過程 中收縮率過大導致封接成功率過低的問題；解決厚密封墊制備時均勻性的問題。為了實現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)選用合適的溶劑、分散劑、有機粘結(jié)劑及塑化劑依次與密封材料粉體混合并球磨，經(jīng)過濾及真空脫泡，獲得固含量高的穩(wěn)定漿料；在流延漿料時，將漿料傾倒在PET底膜表面，隨著PET底膜的帶動向前，配以加熱步驟，以保證漿料到達流延臺面末端時已完全烘干，然后與PET底膜一起卷起來；先按照被密封電池組件的外圍尺寸，對流延素坯進行切割，將素坯多層疊加對齊，在素坯兩側(cè)墊上PET膜和不銹鋼板，然后放入塑封袋中抽真空處理，再放在熱壓機上，在一定的溫度和壓力下進行熱壓，并保壓一段時間；取出后根據(jù)密封要求的具體尺寸再進行裁剪，即可得到供實際使用的密封墊。本專利技術(shù)第一個方面是提供一種制備固體氧化物燃料電池(SOFC)用密封墊的方法，所述方法包括如下步驟 步驟1，將密封材料粉體與A/B混合溶劑、分散劑混合后球磨，得到漿料； 步驟2，將步驟I中所述漿料與粘結(jié)劑和塑化劑混合后球磨； 步驟3，將步驟2中所得漿料經(jīng)6(Γ200目篩網(wǎng)過篩、真空脫泡，傾倒在PET底膜上進行流延，并由PET底膜帶動向前，其中流延過程中漿料厚度控制在O. Γ0. 3mm，流延臺面被加熱至45 85°C，去除PET底膜得到素坯； 步驟4，將至少一層素坯疊加對齊，進行熱壓，其中，熱壓壓強為l(T50MPa，溫度為50 90°C，保壓時間為l(T20min。步驟5，將熱壓后的素坯根據(jù)密封要求的具體尺寸進行裁剪，即得到可實際使用的密封墊。步驟I中，A為芳香烴溶劑，優(yōu)選為苯、烷基苯、鹵代苯中的任意一種或幾種，如甲苯、二甲苯、氯苯等,最優(yōu)選為二甲苯。B為Rl-C(0)_0-R2所表示的酯，其中，Rl和R2可以相同或不同，并分別獨立地選自CfC5的烷基，所述烷基可以是直鏈或支鏈烷基，如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基，B的具體舉例如乙酸乙酯、乙酸丁酯，最優(yōu)選為乙酸丁酯。其中，A與B的質(zhì)量比為1:0. 5 2。步驟I中，所述分散劑可以是無機分散劑，但優(yōu)選為有機分散劑，如十二烷基硫酸鈉、纖維素衍生物(甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素)，脂肪酸聚乙二醇、硬脂酸甘油酯、聚乙二醇等。步驟I中，密封材料粉體與A/B混合溶劑、分散劑的混合物中，A/B混合溶劑重量百分比優(yōu)選為l(T40wt%，分散劑重量百分比優(yōu)選為l 10wt%。步驟I中，所述球磨優(yōu)選為選用滾筒式球磨機，球磨過程中，轉(zhuǎn)速優(yōu)選為60 200rpm，球磨時間為2 12h。步驟2中，粘結(jié)劑選自纖維素衍生物(如羧甲基纖維素鈉、羥丙基纖維素、甲基纖維素、以及纖維素)、動物膠(如明膠)、合成樹脂粘結(jié)劑(如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙 烯酯)中的任意一種或幾種。步驟2中，所述塑化劑可以是鄰苯二甲酸酯(如DBP、DOP、DIDP)、脂肪族二元羧酸酯(如己二酸二辛酯、癸二酸二辛脂)、環(huán)氧化合物(如環(huán)氧大豆油、環(huán)氧油酸丁酯)、合成樹脂增塑劑(如聚己二酸丙二醇酯)、氯化石蠟中的任意一種或幾種。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種制備固體氧化物燃料電池用密封墊的方法，其特征在于，所述方法包括：步驟1，將密封材料粉體與A/B混合溶劑、分散劑混合后球磨，得到漿料；其中，A為芳香烴溶劑，B為R1?C(O)?O?R2所表示的酯，R1和R2分別獨立地選自C1~C5的烷基；步驟2，將步驟1中所述漿料與粘結(jié)劑和塑化劑混合后球磨；步驟3，將步驟2中所得漿料經(jīng)60~200目篩網(wǎng)過篩、真空脫泡，傾倒在PET底膜上進行流延，并由PET底膜帶動向前，其中流延過程中漿料厚度控制在0.1~0.3mm，流延臺面被加熱至45~85℃，去除PET底膜得到素坯；步驟4，將至少一層素坯疊加對齊，進行熱壓，其中，熱壓壓強為10~50MPa，溫度為50~90℃，保壓時間為10~20min。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳昊，曾凡蓉，錢繼勤，王紹榮，占忠亮，
申請(專利權(quán))人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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