一种固体氧化物燃料电池及其制备方法和牵引设备与流程

1.本发明涉及固体氧化物燃料电池制备技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池及其制备方法和牵引设备。

背景技术：

2.固体氧化物燃料电池(简称sofc)是一种在高温下(600-1000℃) 直接将燃料中的化学能转化为电能的发电装置，其发生电化学反应的界面为ni-ysz-燃料气的三相界面，三相界面越多，其电性能越好。
3.sofc适用燃料范围广，几乎适用于所有碳基燃料和氢气，但碳基燃料中或多或少都含有硫化物，这些硫化物特别是h2s，对于阳极的毒化现象十分明显，尤其是当其含量较高时(5-10ppm)，s会固溶于ni的晶格中，形成ni3s2，这种硫化物很稳定，会导致阳极性能发生不可逆转的衰减。
4.现有技术中为解决硫化物的毒化问题，普遍采用对燃料气进行过滤的方式，一是在燃料气进入固体氧化物燃料电池之前对燃料气进行过滤；二是在固体氧化物燃料电池上制备过滤层。当采用第一种过滤方式时，由于除去燃气中的硫元素需要加热进行化学反应，因此需要增加能源的损耗，运行成本较高；当采用第二种过滤方式时，会使得固体氧化物燃料电池的制备过程较为繁琐，增加了电池的生产成本。

技术实现要素：

5.为解决上述现有技术的弊端，本发明公开了一种固体氧化物燃料电池，采用了如下技术方案：
6.一种固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑体、阳极功能层、电解质层和阴极层，所述阳极功能层位于阳极支撑体上，所述电解质层位于阳极功能层和阴极层之间，所述阳极支撑体上设有燃料通道，所述燃料通道内设有镍复合材料。
7.进一步的，所述镍复合材料为泡沫镍和/或纤维镍网。
8.本发明还公开了一种固体氧化物燃料电池的制备方法，包括如下步骤：
9.将阳极支撑体浆料通过挤出成型、凝胶注模成型、等静压成型中的任一种方式制备阳极支撑体坯体，烧结制得阳极支撑体，所述阳极支撑体上设有燃料通道；
10.将阳极功能层浆料、电解质浆料和阴极层浆料采用流延、丝印、喷涂中的任一种方式依次制备阳极功能层、电解质层和阴极层；
11.将阳极支撑体、阳极功能层、电解质层、阴极层通过多层烧结或共烧烧结的方式制备固体氧化物燃料电池；
12.通过牵引的方式将镍复合材料设于燃料通道内。
13.进一步的，所述阳极支撑体浆料由第一粉体、造孔剂、分散剂和水通过混料、练泥制备；
14.所述第一粉体为氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化铈/氧化
钪稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种。
15.进一步的，所述阳极功能层浆料由氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化铈/氧化钪稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化钆/ 氧化铈基氧化物中的一种制备；
16.进一步的，所述电解质浆料由氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种制备；
17.所述阴极层浆料由锰酸锶镧类、铁钴锶镧类、钴酸锶镧类中的一种制备。
18.本发明还公开了一种牵引设备，包括牵引器、储料器、控制器，所述控制器与牵引器、储料器连接；
19.所述牵引器上设有第一定位孔，所述储料器上设有第二定位孔，所述控制器用于控制牵引器和储料器的位置，使第一定位孔和第二定位孔分别位于固体氧化物燃料电池的燃料通道的两端；
20.所述储料器用于容纳镍复合材料；
21.所述牵引器内设有牵引杆，所述牵引杆在控制器的控制下可以在牵引器、燃料通道、储料器内移动。
22.进一步的，所述牵引器内设有第一牵引块，所述牵引杆设于第一牵引块上，所述控制器通过控制第一牵引块在牵引器内的位置，进而控制牵引杆的移动。
23.进一步的，所述牵引杆远离第一牵引块的一端设有第一抓手；
24.和/或，所述牵引设备还包括裁剪装置，所述裁剪装置与控制器连接。
25.进一步的，所述牵引器内还设有第二牵引块；
26.所述第二牵引块上设有牵引室，所述牵引室远离第二牵引块的一端为开口端，所述开口端上设有两个或多个导向板，所述导向板在控制器的控制下相对于开口端倾转；
27.所述第二牵引块上设有通孔，所述牵引杆通过通孔后部分位于牵引室内；
28.所述牵引室在第一牵引块的推动下可延伸进燃料通道内。
29.进一步的，所述第二牵引块通过伸缩杆与第一定位孔所在的牵引器内壁连接，所述控制器可以控制所述伸缩杆的伸缩；
30.和/或，所述储料器内设有第二抓手。
31.通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
32.本发明通过在固体氧化物燃料电池的燃料通道内设置镍复合材料，使气体燃料在经过燃料通道进入固体氧化物燃料电池时，气体燃料内的硫化物会与镍复合材料反应，硫会固溶于镍的晶格中形成ni3s2，从而阻止了大部分的硫化物进入电池内部造成阳极毒化现象，实现对电池内部镍的防护处理，从而降低阳极材料的衰减，极大提高sofc电池的寿命及可靠性；设置在燃料通道内的镍复合材料还可以起到催化作用，增加三相反应界面；同时燃料通道内的镍复合材料对积碳效应还具有减弱作用，减少了对阳极支撑体结构的损害。
33.本发明通过设计牵引设备，实现了将柔性镍复合材料牵引至固体氧化物燃料电池的燃料通道内的可能性；牵引设备通过牵引室的设置，可以将较大体积的柔性镍复合材料压缩进燃料通道内，增加了燃料通道内镍复合材料的面积，提高了对燃料的硫化物过滤效果，进一步增加了三相反应界面，进一步减弱了固体氧化物燃料电池的积碳效应，提升了单电池的使用寿命，降低硫、碳对镍的毒化，提高材料的催化活性。
附图说明
34.图1为本发明一种平板式阳极支撑体的结构示意图；
35.图2为本发明一种管式阳极支撑体的结构示意图；
36.图3为本发明一种实施例的牵引器结构示意图；
37.图4为本发明一种牵引设备工作流程示意图；
38.图5为本发明另一种牵引设备工作流程示意图；
39.其中，1-阳极支撑体、2-燃料通道、3-镍复合材料、4-牵引器、41
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牵引杆、42-第一牵引块、43-第一抓手、44-第二牵引块、45-牵引室、46-开口端、47-导向板、48-伸缩杆、5-储料器、51-第二抓手。
具体实施方式
40.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
41.如图1-2所示，本发明公开了一种固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑体1、阳极功能层、电解质层和阴极层，所述阳极功能层位于阳极支撑体1上，所述电解质层位于阳极支撑体1和阴极层之间，所述阳极支撑体1上设有燃料通道2，所述燃料通道2内设有镍复合材料3，所述阳极支撑体1可以为平板式支撑体，如图1所示，也可以为管式支撑体，如图2所示，其中，所述镍复合材料是具备一定韧性、弹性的多孔材料，也可称为柔性镍复合材料，优选为泡沫镍和/或纤维镍网。
42.本发明通过在固体氧化物燃料电池的燃料通道内设置镍复合材料，使气体燃料在经过燃料通道2进入固体氧化物燃料电池时，气体燃料内的硫化物会与镍复合材料3反应，硫会固溶于镍的晶格中形成ni3s2，从而阻止了大部分的硫化物进入电池内部造成阳极毒化现象，实现对电池内部镍的防护处理，从而降低阳极材料的衰减，极大提高sofc电池的寿命及可靠性；
43.设置在燃料通道内的镍复合材料还可以起到催化作用，增加三相反应界面；
44.进一步的，镍作为催化剂，燃料气体会在镍的金属表面被活化、解离，生成氢原子和碳原子，碳原子会堆积起来在镍的金属表面聚集、沉积，而镍复合材料的引入，将该过程前提，即将碳原子堆积在燃料通道内的镍复合材料上，减弱了阳极支撑体中的积碳行为，减少了对阳极支撑体结构的损害。
45.本发明还公开了一种固体氧化物燃料电池的制备方法，包括如下步骤：
46.将阳极支撑体浆料通过挤出成型、凝胶注模成型、等静压成型中的任一种方式制备阳极支撑体坯体，烧结制得阳极支撑体，阳极支撑体为平板式支撑体或管式支撑体，所述阳极支撑体上设有燃料通道，其中所述阳极支撑浆料由第一粉体、造孔剂、分散剂和水通过混料、练泥制备；所述第一粉体为氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆(nio-ysz)、氧化镍复合的氧化铈/氧化钪稳定的氧化锆(nio-ssz)、氧化镍复合的氧化钆/氧化铈基氧化物(nio-cgo)中的一种；所述造孔剂为高分子材料造孔剂、碳粉、淀粉、活性炭粉、木炭粉中的一种或组合；所述分散剂为乙醇、聚丙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸中的一种或组合。其中阳极支撑
体浆料中的第一粉体为30-70份、造孔剂为2-20份、分散剂为0.1-5份、水30-70份。
47.将阳极功能层浆料、电解质浆料和阴极层浆料采用流延、丝印、喷涂中的任一种方式依次制备电解质层和阴极层；所述功能层浆料为氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化铈/氧化钪稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种制备。所述电解质浆料由氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、氧化钪稳定的氧化锆(ssz)、氧化钆/氧化铈基氧化物(cgo)中的一种制备；所述阴极层浆料由锰酸锶镧类(la
0.7 5
sr
0.25
mno
3-δ
，简称为lsm)、铁钴锶镧类(la
0.6
sr
0.4
co
0.2
fe
0.8o3-δ
，简称为lscf)、钴酸锶镧类(la
0.6
sr
0.4
coo
3-δ
，简称为lsc)中的一种制备。
48.将阳极支撑体、阳极功能层、电解质层、阴极层通过多层烧结或共烧烧结的方式制备固体氧化物燃料电池；
49.通过牵引的方式将镍复合材料设于燃料通道内，最后进行封装得到固体氧化物燃料电池。
50.如图3-5所示，本发明还公开了一种牵引设备，用于将镍复合材料3 牵引至固体氧化物燃料电池的燃料通道2内，所述牵引设备包括牵引器 4、储料器5、控制器，所述控制器与牵引器4、储料器5连接，此处的连接可以为有线连接或无线连接。
51.所述牵引器4上设有第一定位孔，所述储料器上5设有第二定位孔，所述控制器用于控制牵引器4和储料器5的位置，使第一定位孔和第二定位孔分别位于固体氧化物燃料电池的燃料通道2的两端；
52.所述储料器5用于容纳镍复合材料3，所述牵引器4内设有牵引杆 41，所述牵引杆41在控制器的控制下可以在牵引器4、燃料通道2、储料器5内移动，即所述牵引杆41可以通过第一定位孔、第二定位孔延伸至处理器5内，抓取镍复合材料3后将镍复合材料牵引至燃料通道2内，为便于对镍复合材料3的抓取，所述牵引杆41远离第一牵引块42的一端设有第一抓手43。
53.具体的，所述牵引器4内设有第一牵引块42，所述牵引杆41设于第一牵引块42上，所述控制器通过控制第一牵引块42在牵引器4内的位置，进而控制牵引杆41的移动。
54.在本发明的一种实施例中，所述牵引设备还包括裁剪装置6，所述裁剪装置6与控制器连接，用于对镍复合材料3的裁剪，具体的所述控制器通过控制裁剪装置6上的裁剪刀的升降进行裁剪，所述裁剪装置6可以设于储料器5上，也可以单独设置。
55.所述牵引设备的工作流程如图4所示，控制器控制牵引器4和储料器5进行位置调整，直至牵引器4上的第一定位孔和储料器5上的第二定位孔分别位于燃料通道2的两端，如图4中a所示；
56.所述控制器控制第一牵引块41向第一定位孔方向移动，此时所述牵引杆41穿过第一定位孔、燃料通道2、第二定位孔进入储料器5中，第一抓手43抓取镍复合材料3，如图4中b所示；
57.当第一抓手43抓取到镍复合材料3时，控制器控制第一牵引块42 向远离第一定位孔方向移动，此时牵引杆41将镍复合材料3往燃气通道 2内牵引，当镍复合材料3完全填充燃料通道2时，第一抓手43释放镍复合材料3，用裁剪装置6将燃料通道2两端多余的镍复合材料裁剪掉，如图4中c所示；
58.最终得到填充了镍复合材料3的固体氧化物燃料电池，如图4中d 所示(d为固态氧
化物燃料电池燃料通道处的剖面图)。
59.在本发明的一种较优的实施例中，如图3所示，所述牵引器4内还设有第二牵引块44；所述第二牵引块44上设有牵引室45，所述牵引室 45远离第二牵引块44的一端为开口端46，所述开口端46上设有两个或多个导向板47，所述导向板47在控制器的控制下可相对于开口端46倾转，当导向板47数量较多时效果更好；
60.所述第二牵引块44上设有通孔，所述牵引杆41通过通孔后部分位于牵引45室内；所述牵引室45在第一牵引块42的推动下可延伸进燃料通道2内，具体的第一牵引块42移动时可以推动第二牵引块44的移动，进而推动第二牵引块44上的牵引室45移动。
61.在本发明的一种较优的实施例中，所述第二牵引块44通过伸缩杆48 与第一定位孔所在的牵引器4内壁连接，所述控制器可以控制所述伸缩杆48的伸缩，用于将第二牵引块44复位。
62.在本发明的一种实施例中，所述储料器5内设有第二抓手51。
63.增加了牵引器45的牵引设备的工作流程如图5所示：控制器控制牵引器4和储料器5进行位置调整，直至牵引器4上的第一定位孔和储料器5上的第二定位孔分别位于燃料通道2的两端，如图5中a所示；
64.当第一牵引块42向第一定位孔方向移动时，可以将第二牵引块44 推往第一定位孔方向，此时第二牵引块44上的牵引室45通过第一定位孔被推入燃料通道2内，牵引室45开口端46处的导向板47被推入储料室5内，此时当控制器监测到导向板47被推入储料室5内时，控制导向板47相对于开口端46往外倾转，形成“导向斜坡”，如图5中b所示；
65.第一抓手43抓到到镍复合材料3时，由于镍复合材料3为柔性镍复合材料(泡沫镍、纤维镍网)，较大体积的柔性的镍复合材料3在导向板 47的作用下，会沿着“导向斜坡”逐渐被压缩进牵引室45内，当镍复合材料3完全填充在燃料通道2中时，第二抓手51抓取储料室5内的镍复合材料3，如图5中c所示；
66.控制器控制导向板47倾转至与牵引室45齐平后，进一步控制伸缩杆48向远离第一定位孔的方向延伸，将牵引室45牵引出燃料通道2，此时较大体积的镍复合材料3被完全填充在燃料通道2内，如图5中d所示；
67.控制器控制第二抓手51释放镍复合材料3，裁剪掉多余的镍复合材料3可得到填充可镍复合材料3的固体氧化物燃料电池，如图5中e所示。
68.本发明通过设计牵引设备，实现了将柔性镍复合材料牵引至固体氧化物燃料电池的燃料通道内的可能性；牵引设备通过牵引室的设置，可以将较大体积的柔性镍复合材料压缩进燃料通道内，增加了燃料通道内镍复合材料的面积，提高了对燃料的硫化物过滤效果，进一步增加了三相反应界面，进一步减弱了固体氧化物燃料电池的积碳效应，提升了单电池的使用寿命，降低硫、碳对镍的毒化，提高材料的催化活性。
69.需要说明的是通过控制器控制牵引器4、储料器5、第一抓手43、第二抓手51、第一牵引块42、导向板47、伸缩杆48的移动均为现有技术中的常规的控制器控制工作部件移动的方式，本发明中不再详细赘述。
70.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：

1.一种固体氧化物燃料电池，其特征在于：包括阳极支撑体、阳极功能层、电解质层和阴极层；所述阳极功能层位于阳极支撑体上，所述电解质层位于阳极功能层和阴极层之间；所述阳极支撑体上设有燃料通道，所述燃料通道内设有镍复合材料。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池，其特征在于：所述镍复合材料为泡沫镍和/或纤维镍网。3.一种固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将阳极支撑体浆料通过挤出成型、凝胶注模成型、等静压成型中的任一种方式制备阳极支撑体坯体，烧结制得阳极支撑体，所述阳极支撑体上设有燃料通道；将阳极功能层浆料、电解质浆料和阴极层浆料采用流延、丝印、喷涂中的任一种方式依次制备阳极功能层、电解质层和阴极层；将阳极支撑体、阳极功能层、电解质层、阴极层通过多层烧结或共烧烧结的方式制备固体氧化物燃料电池；通过牵引的方式将镍复合材料设于燃料通道内。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述阳极支撑体浆料由第一粉体、造孔剂、分散剂和水通过混料、练泥制备；所述第一粉体为氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化铈/氧化钪稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述阳极功能层浆料由氧化镍复合的氧化钇稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化铈/氧化钪稳定的氧化锆、氧化镍复合的氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种制备；所述电解质浆料由氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、氧化钆/氧化铈基氧化物中的一种制备；所述阴极层浆料由锰酸锶镧类、铁钴锶镧类、钴酸锶镧类中的一种制备。6.一种牵引设备，其特征在于：包括牵引器、储料器、控制器，所述控制器与牵引器、储料器连接；所述牵引器上设有第一定位孔，所述储料器上设有第二定位孔，所述控制器用于控制牵引器和储料器的位置，使第一定位孔和第二定位孔分别位于固体氧化物燃料电池的燃料通道的两端；所述储料器用于容纳镍复合材料；所述牵引器内设有牵引杆，所述牵引杆在控制器的控制下可以在牵引器、燃料通道、储料器内移动。7.根据权利要求6所述的牵引设备，其特征在于：所述牵引器内设有第一牵引块，所述牵引杆设于第一牵引块上，所述控制器通过控制第一牵引块在牵引器内的位置，进而控制牵引杆的移动。8.根据权利要求6所述的牵引设备，其特征在于：所述牵引杆远离第一牵引块的一端设有第一抓手；和/或所述牵引设备还包括裁剪装置，所述裁剪装置与控制器连接。
9.根据权利要求6所述的牵引设备，其特征在于：所述牵引器内还设有第二牵引块；所述第二牵引块上设有牵引室，所述牵引室远离第二牵引块的一端为开口端，所述开口端上设有两个或多个导向板，所述导向板在控制器的控制下相对于开口端倾转；所述第二牵引块上设有通孔，所述牵引杆通过通孔后部分位于牵引室内；所述牵引室在第一牵引块的推动下可延伸进燃料通道内。10.根据权利要求10所述的牵引设备，其特征在于：所述第二牵引块通过伸缩杆与第一定位孔所在的牵引器内壁连接，所述控制器可以控制所述伸缩杆的伸缩；和/或所述储料器内设有第二抓手。

技术总结

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑体、阳极功能层、电解质层和阴极层，所述阳极功能层位于阳极支撑体上，所述电解质层位于阳极功能层和阴极层之间，所述阳极支撑体上设有燃料通道，所述燃料通道内设有镍复合材料，本发明还公开了一种固体氧化物燃料电池的制备方法和牵引设备，本发明通过设置镍复合材料，使气体燃料在经过燃料通道进入固体氧化物燃料电池时，气体燃料内的硫化物会与镍复合材料反应，硫会固溶于镍的晶格中形成Ni3S2，从而阻止了大部分的硫化物进入电池内部造成阳极毒化现象，实现对电池内部镍的防护处理，从而降低阳极材料的衰减，极大提高SOFC电池的寿命及可靠性，减少了对阳极支撑体结构的损害。减少了对阳极支撑体结构的损害。减少了对阳极支撑体结构的损害。