技术摘要：
本发明公开了一种新型结构的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池由中间层及对称设置在所述中间层两侧的阴极层和阳极层组成；所述中间层为结构致密的YbSZ电解质基板，所述阴极层和阳极层均为浸渍有电极材料的YbSZ电解质薄片，所述YbSZ电解质薄片为疏松多孔结构  全部
背景技术：
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种已经存在的直接将化学能转化为电能的能源 转化装置，其具有适用范围广的优点。就目前的商用SOFC(即传统的SOFC)而言，虽然在高温 的工作条件下，也能够表现出优异的功率输出密度和良好的稳定性，但是作为商用电池，成 本以及盈利为商业之根本，而传统SOFC的现有技术为多层结构，不仅制备工艺复杂，而且成 本比较高。除此之外，传统SOFC在现有技术的工况下运行，电池容易在经历热循环和氧化还 原循环的过程中造成应力的不均衡，这会使电池变形甚至破裂，从而导致电池的性能快速 衰减甚至是不能正常工作。传统SOFC还存在一个问题，就是对于燃料气的要求比较高，一般 选用纯度比较高的H2，如果使用天然气或者碳氢等燃料气时，容易造成电池硫中毒和碳沉 积。 鉴于此，亟需提供一种稳定性强、运行寿命长和制造成本低的固体氧化物燃料电 池，以提高固体氧化物燃料电池运行过程中的稳定性和运行寿命。
技术实现要素：
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种新型结构的固体氧化物燃料电 池及其制备方法，以解决现有固体氧化物燃料电池稳定性弱、运行寿命短和制造成本高的 问题。 为达到以上目的，本发明采用的技术方案为： 一种新型结构的固体氧化物燃料电池，所述固体氧化物燃料电池由中间层及对称 设置在所述中间层两侧的阴极层和阳极层组成；所述中间层为孔隙率为8-10％的结构致密 的YbSZ电解质基板，所述阴极层和阳极层均为浸渍有电极材料的YbSZ电解质薄片，所述 YbSZ电解质薄片为疏松多孔结构。 所述中间层的制备方法为：将氢氧化锆在450～550℃下煅烧2h获得氧化锆，所述 氧化锆与乙酸镱四水合物(Yb(Ac)3·4H2O)以1:8.5～10.5的摩尔比进行球磨12h，然后在 400℃下干燥4h并粉碎，再在1050～1250℃下煅烧2h，降温后得到5YbSZ粉末；将2-丁酮酸与 乙醇按1～3:1的体积比进行混合，得到均匀的混合溶剂；最后将制备得到的所述5YbSZ粉末 和混合溶剂与聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯按照100:50～70:2～4:1～3的质量比 进行混合，并进行球磨12～20h，制备得到电解质浆料；将所述电解质浆料通过流延法制备 得到所述中间层。 所述中间层的厚度为60～150μm。 所述疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片的制备方法为：将氢氧化锆在450～550℃下 煅烧2h获得氧化锆，所述氧化锆与乙酸镱四水合物(Yb(Ac)3·4H2O)以1:8.5～10.5的摩尔 4 CN 111584882 A 说　明　书 2/7 页 比进行球磨12h，然后在400℃下干燥4h并粉碎，再在1050～1250℃下煅烧2h，降温后得到 5YbSZ粉末；将2-丁酮酸与乙醇按1～3:1的体积比进行混合，得到均匀的混合溶剂；最后将 制备得到的所述5YbSZ粉末和混合溶剂与聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯按照100:50 ～70:2～4:1～3的质量比进行混合，并进行球磨12～20h，制备得到电解质浆料；向上述电 解质浆料中按质量比例10％～50％加入淀粉，继续球磨6～10h，通过流延法制备得到所述 疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片。 在所述阴极层和阳极层中，疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片的厚度均为60～90μ m。 在所述阴极层和阳极层中，疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片的孔隙率均为30％～ 60％。 所述电极材料为PrBaCo2O5 δ、(SmPr)FeO3、SrCoFeOx中的一种或几种。 所述PrBaCo2O5 δ电极材料的制备方法为：首先，按照PrBaCo2O5 δ化学式中的化学计 量比分别称量出一定量的Pr6O11、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O，按照金属离子与EDTA及柠檬酸 的摩尔质量比1:1:1.5的比例，称量出EDTA和柠檬酸的量；将EDTA加入到约300mL去离子水 的烧杯中，对其进行水浴加热到85℃并不断搅拌，再加入适量的氨水使EDTA充分溶解；然 后，将Pr6O11溶于适量稀硝酸中形成Pr(NO3)3溶液，将Pr(NO3)3溶液、Ba(NO3)2溶液和Co (NO3)2·6H2O分别倒入烧杯中形成混合液；最后加入柠檬酸，使用氨水调节PH值到6～7，将 制备好的混合液用磁力搅拌器搅拌使水分不断蒸发，直至形成紫红色凝胶状混合液。将凝 胶放入烘箱中200℃恒温12h得到黑色的海绵状前驱物，将前驱物在1100℃的空气中焙烧 6h，得到的黑色PBCO粉体即为所述的PrBaCo2O5 δ电极材料。 所述(SmPr)FeO3电极材料的制备方法为：将Sm2O3、Pr(NO3)3和Fe(NO3)2按理论化学 计量比溶解于蒸馏水中，并加入乙二醇和柠檬酸(使总金属离子：乙二醇：柠檬酸的物质的 量之比为1：1.7～1.9：1.4～1.6)，在磁力搅拌下使其完全溶解，然后用氨水和硝酸将混合 液的pH调整到7避免沉淀；然后将溶液放入80℃恒温水浴锅中搅拌5h，使其由透明液变为溶 胶；将溶胶放在烧杯中暴露在空气中，放在加热板上加热至400℃自燃，得到毛绒疏松状的 (SmPr)FeO3前驱体；将研磨后的前驱体放入高温箱式电阻炉中，900-1000℃焙烧5h，升温速 率为2℃/min，得到所需要的粉体；将煅烧后的粉体溶解于乙醇中，球磨48h后，焙烧后即可 得到(SmPr)FeO3电极材料。 所述SrCoFeOx电极材料的制备方法为：将Sr(NO3)2，Co(NO3)2·6H20和Fe(NO3)2· 9H20按理论化学计量比溶解于蒸馏水中，并加入乙二醇和柠檬酸(使总金属离子：乙二醇： 柠檬酸的物质的量之比为1：1.6～1.9：1.3～1.7)，使其在磁力搅拌下完全溶解。用氨水和 硝酸将混合液的pH调整到7避免沉淀；然后将溶液放入80℃恒温水浴锅中搅拌5h，使其由透 明液变为溶胶；将溶胶放在烧杯中暴露在空气中，放在加热板上加热至400℃自燃，得到毛 绒疏松状的SrCoFeOx前驱体；将研磨后的前驱体放入高温箱式电阻炉中，900-1000℃焙烧 5h，升温速率为2℃/min，用来去除剩余的碳成分，得到所需要的粉体；将煅烧后的粉体溶解 于乙醇中，球磨48h后，焙烧后可得到SrCoFeOx电极材料。 一种如上述的新型结构的固体氧化物燃料电池的制备方法，所述制备方法包括以 下步骤： S1结构致密YbSZ电解质基板制备：将氢氧化锆在450～550℃下煅烧2h获得氧化 5 CN 111584882 A 说　明　书 3/7 页 锆，所述氧化锆与乙酸镱四水合物(Yb(Ac)3·4H2O)以1:8.5～10.5的摩尔比进行球磨12h， 然后在400℃下干燥4h并粉碎，再在1050～1250℃下煅烧2h，降温后得到5YbSZ粉末；将2-丁 酮与乙醇按1～3:1的体积比进行混合，得到均匀的混合溶剂；最后将制备得到的所述5YbSZ 粉末和混合溶剂与聚乙烯醇缩丁醛和邻苯二甲酸二丁酯按照100:50～70:2～4:1～3的质 量比进行混合，并进行球磨12～20h，制备得到电解质浆料；取部分所述电解质浆料通过流 延法制备得到所述结构致密YbSZ电解质基板生坯； S2疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片制备：取步骤S1剩余电解质浆料，并向上述电 解质浆料中按质量比例10％～50％加入淀粉，继续球磨6～10h，通过流延法制备得到所述 疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片生坯； S3  SSOFC结构框架的制备：将步骤S1制备得到的结构致密YbSZ电解质基板生坯和 步骤S2制备得到的疏松多孔结构的YbSZ电解质薄片生坯按照疏松多孔YbSZ|致密YbSZ|疏 松多孔YbSZ的结构进行压合，得到所述SSOFC结构框架； S4新型结构的固体氧化物燃料电池SSOFC的制备：将SSOFC结构框架用电极材料浸 渍，浸渍结束后将SSOFC结构框架取出并放入烘箱中200℃恒温12h，得到初步浸渍后的 SSOFC结构框架，再在1000～1200℃的空气气氛中共同焙烧5～7h，即得到完整的所述新型 结构的固体氧化物燃料电池SSOFC。 本发明新型结构的固体氧化物燃料电池(SSOFC)，该SSOFC一共分为3层，中间层采 用结构致密的YbSZ电解质作为支撑，两侧的阴极层和阳极层则均采用疏松多孔结构的YbSZ 电解质，同时浸渍电极材料PrBaCo2O5 δ(PBCO)、(SmPr)FeO3(SPFO)、SrCoFeOx(SCFO)中的一 种或几种。这样的对称型电池(SSOFC)，相较于传统SOFC，其采用中间致密两极疏松多孔的 结构，并且采用了浸渍的方法浸渍两极材料，进而单电池可以通过一步共烧制备，避免了多 次焙烧带来的成本问题；由于电解质与电极之间几乎没有界面存在，所以SSOFC在经历热循 环和氧化还原的过程中，会具有更好的适配性，能够保证SSOFC更加稳定的运行；除此之外， 新型结构的对称固体氧化物燃料电池(SSOFC)采用钙钛矿作为两极浸渍材料，减缓碳基燃 料在电池长期运行中发生的积碳和硫中毒的问题，增加其运行寿命。 本发明的新型结构的固体氧化物燃料电池，在600-900℃之间工作具有很好的稳 定性，并且对碳基燃料有很好的适应性，使得此SSOFC所适用的燃料气种类更加多样化。 本发明的有益效果： 本发明的新型结构的固体氧化物燃料电池，在结构上使用对称型，两极采用相同 的电极材料，简化了电池的制备工艺，降低了制作成本。 本发明的新型结构的固体氧化物燃料电池，电解质与电极材料之几乎没有界面， 改善了电池组件的化学相容性和热匹配的问题，提高了电池的稳定性。 本发明的新型结构的固体氧化物燃料电池，阳极/阴极采用钙钛矿材料，可以减缓 碳基燃料在电池长期运行中发生的积碳和硫中毒的问题，增加其运行寿命。 附图说明 图1表示本发明实施例1电池在不同温度下的单电池放电测试I-P-V曲线； 图2表示本发明实施例2电池在不同温度下的单电池放电测试I-P-V曲线； 图3表示本发明实施例3电池在不同温度下的单电池放电测试I-P-V曲线； 6 CN 111584882 A 说　明　书 4/7 页 图4表示本发明对比例1电池在不同温度下的单电池放电测试I-P-V曲线； 图5表示本发明实施例1电池在800℃恒定电流密度下(0.1A/cm2)放电的循环稳定 性测试曲线； 图6表示本发明实施例2电池在800℃恒定电流密度下(0.1A/cm2)放电的循环稳定 性测试曲线； 图7表示本发明实施例3电池在800℃恒定电流密度下(0.1A/cm2)放电的循环稳定 性测试曲线； 图8表示本发明对比例1电池在800℃恒定电流密度下(0.1A/cm2)放电的循环稳定 性测试曲线。