[0001] 本发明属于固体氧化物燃料电池(SOFC)技术领域，具体是指一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法。

[0002] 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一个能量转化装置，可以将化学能直接转换为电能，传统SOFC阴极和阳极由不同材料组成，这种结构的电池不仅制备过程复杂，而且在三相界面(Triplephaseboundary,TPB)也存在相界面(阴极/电解质界面和阳极/电解质界面)相容性问题。有人提出了一种阳极和阴极均由相同材料制成的SOFC(即对称固体氧化物燃料电池(Symmetrical solidoxide fuel cell，SSOFC))，与传统的SOFC相比，因使用相同的材料作为电极，简化了电池的制备过程，且减少了电极和电解质之间的相容性问题；此外，将阴阳极气体互相切换还可以消除碳沉积造成的电池性能下降。但传统的SSOFC通常采用的是电解质支撑的结构，因为电池需要一定的强度，导致电解质较厚，欧姆阻抗较高，电池的电化学性能较低；为了进一步提升电池的性能，提出了电极支撑的SSOFC电池结构，电极支撑型电池的支撑体制备时加入一定量的造孔剂，比如，淀粉、石墨和碳粉等，孔隙的形成有利于气体的传输，由于传统造孔剂造的孔不规则且贯通性较差，会严重阻碍气体扩散，导致电池性能较差。

[0026] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0027] 一种五层结构对称型固体氧化物电池的制备方法，包括以下步骤：

[0028] S1：配置溶液I：将溶剂N‑甲基‑2‑吡咯烷酮、粘结剂聚醚砜、和分散剂聚乙烯吡咯烷酮K‑30、按照质量比20:4∶0.35加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量锆珠，行星球磨24h获得溶液I；

[0029] S2：配制相转化3YSZ流延浆料：将3YSZ粉体和溶液I按质量比为1:0.46加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量的锆珠，在滚动球磨机中球磨20h，然后在球磨罐中加入粉体质量3％～5％的石墨，最后球磨1h获得相转化3YSZ流延浆料；

[0030] S3：配制相转化SSZ流延浆料：将SSZ粉体和溶液I按质量比1∶0.46加入到球磨罐中，在球磨罐中加入适量的锆珠，在滚动球磨机中球磨20h，，然后在球磨罐中加入粉体质量30％石墨和淀粉，其中石墨:淀粉＝1.6∶1，最后在球磨机中球磨1h获得相转化SSZ流延浆料；

[0031] S4：将步骤S2、步骤S3得到的两种浆料在真空泵中处理30～40min，首先用1000μm的刀高将3YSZ浆料流延在玻璃板上，然后用1300μm的刀高将SSZ浆料流延在3YSZ上，立即将玻璃板放入到水槽中，在水中转化12h，得到3YSZ|SSZ双层直孔的素胚I。

[0032] S5：将步骤S4获得的素胚I裁成直径为20mm的圆片，将裁成的圆片放在80℃的烘箱中烘干3h得到干燥的素胚II；

[0033] S6：配置SSZ电解质溶液：将SSZ、有机溶剂、分散剂和粘结剂放入球磨罐中，以锆珠为球磨介质，得到SSZ电解质溶液；

[0034] S7：配置五层对称结构的骨架：将步骤S6获得的SSZ电解质溶液均匀的滴涂在两块圆形素胚II的SSZ皮肤层，再将两块素胚II的SSZ皮肤层面对面贴合在一起，用重量为2kg的重物压制，在80℃烘箱中干燥15min后，在放置在1300℃高温炉中烧结4h，得到3YSZ直孔|SSZ直孔||SSZ电解质||SSZ直孔|3YSZ直孔的五层对称结构骨架；

[0035] S8：配置浸渍液Pr0.6Ba0.1Sr0.3Fe0.8Ni0.2O3‑δ(PBSFN)：配置0.2mol/L浸渍液，首先将化学计量比的Pr(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Ba(NO3)2、Fe(NO3)3·9H2O、Ni(NO3)3·6H2O溶于适量水中，加入硝酸盐总质量5％聚乙烯吡咯烷酮K‑30，最后加入甘氨酸，其中加入甘氨酸和浸渍液中硝酸根的摩尔比为1∶1，不断搅拌直至完全溶解；

[0036] S9:制备五层SSOFC：将步骤S8的浸渍液采用少量多次的方法浸渍到步骤S6得到的五层对称结构骨架中，每浸渍一次要在450℃中烧结2h，称重直至电池骨架质量的14％，然后在850℃烧结2h，得到浸渍后3YSZ‑PBSFN|SSZ‑PBSFN||SSZ||SSZ‑PBSFN|3YSZ‑PBSFN的五层SSOFC。

[0037] 为了提高阳极侧电子导电率，将三相界面产生的电子导出，最后还需在陶瓷支撑体内灌入导电率较高的浆料，比如贵金属Ag、Au、Pd，或者是具有较高导电率的钙钛矿氧化物浆料，并且该钙钛氧化物在氢气中稳定且和3YSZ、SSZ化学适配性好。陶瓷支撑体是指五层SSOFC除了电解质其余称作陶瓷支撑体。

[0038] 3YSZ是3％Y2O3掺杂的ZrO2，分子式Y0.058Zr0.942O1.971，SSZ是Sc稳定ZrO2，分子式为Sc0.18Zr0.82O1.91，均为商业粉体。

[0039] 步骤S6中有机溶剂是乙酸丁酯，分散剂DM55，粘结剂是b50和b72，SSZ、有机溶剂、分散剂和粘结剂质量配比是20：60：4：6，其中b50和b72总和占6。由于配置的是电解质溶液，因此本发明的电池电解质层非常薄，降低欧姆阻抗，提高电池的电化学性能。

[0040] 步骤S7中形成的五层对称结构骨架，其中3YSZ层是40～60μm的直通孔结构，SSZ层是5～20μm的直通孔结构；对称的直通孔结构能够有效的增强气体在孔道中的扩散，降低结构中孔隙的曲折度，降低了气体扩散阻力，从而增加电池的电化学性能。

[0041] 与SSZ电解质层接触的SSZ表层的小孔可以作为浸渍颗粒和电解质的三相反应界面。

[0042] 将本发明的五层对称结构的骨架和传统骨架SEM进行对比，结果如图1所示，图1(a)为本发明的3YSZ直孔|SSZ直孔||SSZ电解质||SSZ直孔|3YSZ直孔的五层对称结构骨架的截面图，图1(b)为传统造孔剂制备的3YSZ多孔||SSZ电解质||3YSZ多孔对称骨架的截面图，从图中可以看出本发明的五层对称结构的骨架造的孔连续，有利于气体传输。图2为本发明的五层对称结构的骨架平面图，从图中看出孔径多为5～60μm的孔。图3为本发明五层2
对称电池在氢气下性能，其在800℃下最大功率密度为277.2mW/cm。