權(quán)利要求書: 1.一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法,其特征在于,依次包括以下步驟:
1)采用燒結(jié)不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷基合金、鈦合金、鉻基合金中的一種粉末作為原材料;
2)將步驟1)中粉末進(jìn)行篩分,選取粉末粒度為13 250μm;
~
3)將承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并將上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.005 0.3mm,然后將粘結(jié)劑噴射至粉末層上,從而使得粉末層粘結(jié)在一起,~隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,取出金屬基板和承燒板;
在步驟3)中,待金屬基板固化后取出金屬基板和承燒板,其中,采用將金屬基板放置10~500min以使金屬基板固化,或者,將金屬基板加熱至40 200℃以使金屬基板固化;
~
4)將陽極漿料涂覆在金屬基板的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在金屬基板的上表面形成陽極層;
5)將電解質(zhì)漿料涂覆在陽極層的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在陽極層的上表面形成電解質(zhì)涂層;
6)將陰極漿料涂覆在電解質(zhì)涂層的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在電解質(zhì)涂層的上表面形成陰極層,從而制成金屬支撐板;
在上述步驟3)和步驟4)之間或者在步驟6)之后進(jìn)行步驟S1,步驟S1為將所需尺寸的金屬基板或金屬支撐板放置在承燒板上,隨后進(jìn)行使金屬基板中的粘結(jié)劑脫出的加熱處理,所述的加熱處理為在加熱至溫度300~700℃下保溫5~240min,或者,為以0.5~20℃/min的升溫速度升溫至1000℃,并在加熱處理后進(jìn)行燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述燒結(jié)中的燒結(jié)溫度為1000℃~?3 2
1350℃,燒結(jié)的時間為5~240min,燒結(jié)時的真空度為10 Pa~10Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法,其特征在于:當(dāng)步驟S1位于步驟3)和步驟4)之間時,將步驟S1中燒結(jié)后的金屬基板進(jìn)行壓平處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法,其特征在于:對壓平后的金屬基板進(jìn)行浸蠟處理,即將所需尺寸的金屬基板置入蠟類熔體中1 30min,待金屬基板中的孔隙中滲入蠟熔體后~取出金屬基板并進(jìn)行冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于:步驟1)中選用燒結(jié)不銹鋼,所述燒結(jié)不銹鋼的組分按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:碳:≤0.06%,鎳:0~25%,鉬:0~4%,鉻:10~30%,鈮:0~3%,鋁:0~10%,鈦:0~3%,硅:0~1%,錳:0~2%,不超過2%的不可避免的雜質(zhì),鐵:余量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的制備方法,其特征在于:所述陽極漿料包含有NiO、丁酮、乙醇、三乙醇胺、淀粉、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG及谷氨酸PHT,還包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯和Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ中的一種,其中,x=0,0.1,0.3,0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法,其特征在于:所述電解質(zhì)漿料包括有丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG、谷氨酸PHT,還包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、LaGaO3基電解質(zhì)、Ba(Sr)Ce(Ln)O3和CeO2基固體電解質(zhì)中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法,其特征在于:所述陰極漿料為Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ、LSM(La1?xSrxMn03)、LSCF((La,Sr)(Co,F(xiàn)e)O3)、焦綠石結(jié)構(gòu)的A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)陶瓷、Ag?YDB復(fù)合陶瓷和
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的L型陶瓷中的一種,前述x=0,0.1,0.3,0.5。
說明書: 一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法。背景技術(shù)[0002] 固體氧化物燃料電池是一種理想的燃料電池,不但具有燃料電池高效、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn),而且還具有以下突出優(yōu)點(diǎn):[0003] (1)固體氧化物燃料電池是全固體結(jié)構(gòu),不存在使用液體電解質(zhì)帶來的腐蝕問題和電解質(zhì)流失問題,可望實(shí)現(xiàn)長壽命運(yùn)行。(2)固體氧化物燃料電池的工作溫度為800~1000℃,不但電催化劑不需要采用貴金屬,而且還可以直接采用天然氣、煤氣和碳?xì)浠衔镒鳛槿剂希喕巳剂想姵叵到y(tǒng)。(3)固體氧化物燃料電池排出高溫余熱可以與燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)組成聯(lián)合循環(huán),大幅度提高總發(fā)電效率。
[0004] 目前傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池多采用陶瓷材料或者金屬陶瓷
復(fù)合材料作為支撐體。陶瓷材料不易機(jī)械加工,抗熱震性能和焊接性能較差,不利于燃料電池(SOFC)電堆的組裝。金屬支撐型固體氧化物燃料電池(MS?SOFC)是以金屬或合金作為燃料電池的支撐體SOFC相比,MS?SOFC有其獨(dú)特的優(yōu)勢:(1)成本低:金屬材料成本遠(yuǎn)低于金屬陶瓷復(fù)合材料;(2)快速啟動:金屬良好的導(dǎo)熱性能可減小電池內(nèi)部的溫度梯度,實(shí)現(xiàn)快速啟動,使之可以應(yīng)用于移動領(lǐng)域;(3)可加工性:相比陶瓷,金屬材料加工性更好,這將使SOFC加工難度大幅降低;(4)便于密封:利用金屬材料的焊接密封技術(shù),可避免SOFC難以密封的問題。金屬支撐體主要作用是傳輸氣體,傳導(dǎo)電流,并為電池提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐。當(dāng)MS?SOFC使用碳?xì)淙剂蠒r,金屬支撐體可以作為原位重整層,碳?xì)淙剂下氏仍诮饘僦误w中發(fā)生化學(xué)重整,生成的合成氣體在陽極層發(fā)生
電化學(xué)氧化,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計可以增強(qiáng)陽極抗積碳性能,提高電池在碳?xì)淙剂现械拈L期穩(wěn)定性。MS?SOFC不僅適用于傳統(tǒng)固體氧化物燃料電池(SOFC)應(yīng)用領(lǐng)域,如固定電站、后備電源和充電樁等,而且可作為重型汽車或電動汽車等移動設(shè)備的增程器。[0005] 目前的金屬支撐型固體氧化物燃料電池如中國發(fā)明專利申請《多孔金屬支撐的低溫固體氧化物燃料電池的制備方法》,其專利申請?zhí)枮镃N200610118649.9(申請公布號為CN1960047A)公開了一種多孔金屬支撐的低溫固體氧化物燃料電池的制備方法,選用NiO?ScSZ(或CGO)作為支撐體原材料制備支撐體,工藝復(fù)雜,制造難度較大。[0006] 此外,目前還有將流延制備的Fe?Cr合金支撐體、陽極和電解質(zhì)毛坯體層壓后置于還原氣氛下高溫?zé)Y(jié),在半電池的金屬支撐體側(cè)注入陽極催化劑,在電解質(zhì)表面絲網(wǎng)印刷陰極層,電池測試過程中,原位燒結(jié)陽極和陰極。這種工藝有效避免了高溫下金屬元素的擴(kuò)散,然而原位燒結(jié)溫度過低,陰極和電解質(zhì)界面結(jié)合強(qiáng)度低,電池性能衰減較塊。采用共流延法制備帶陽極和電解質(zhì)的多孔金屬體,這種材料由于金屬與電解質(zhì)燒結(jié)溫度不同,易造成燒結(jié)變形,陽極或電解質(zhì)層剝落等情況。而采用干壓成形法制備金屬支撐體以及微管式金屬支撐體。由于金屬支撐層較薄,干壓后金屬支撐板易出現(xiàn)厚度不均,導(dǎo)致燒結(jié)變形不一致,影響陽極、電解質(zhì)等與基體之間的結(jié)合;而微管式金屬支撐體的金屬厚度不易實(shí)現(xiàn)均勻控制,影響與陽極等的結(jié)合。[0007] 采用Fe基合金和Ni基合金作為MS?SOFC金屬支撐體,由于Ni基合金熱膨脹系數(shù)與電解質(zhì)材料差異較大,在電池運(yùn)行過程中,內(nèi)部熱應(yīng)力過大,很容易出現(xiàn)裂紋,甚至電解質(zhì)層剝落;純Ni支撐體抗氧化性能差,容易團(tuán)聚、粗化,使得SOFC性能急劇衰減。Ni基合金的這些缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了其在SOFC支撐體中的應(yīng)用;而采用Fe基合金作為支撐體,尤其為鐵素體?6 ?6 ?1不銹鋼,雖然鐵素體不銹鋼高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)CTE(11×10 ~13×10 K )與YSZ(氧化釔穩(wěn)?6 ?6 ?1
定氧化鋯)和GDC(Gd2O3摻雜的CeO2)(13×10 ~14×10 K )電解質(zhì)很接近,但是長期在中高溫、潮濕氣氛下工作很容易導(dǎo)致金屬材料的氧化和不銹鋼支撐體中的Fe和Cr元素與Ni基陽極之間元素的相互擴(kuò)散。MS?SOFC在制備或運(yùn)行過程中,支撐體中的Fe和Cr元素擴(kuò)散到陽極中,在電池運(yùn)行過程中形成氧化物,導(dǎo)致電池性能快速衰減;同時,陽極中的Ni元素擴(kuò)散到不銹鋼支撐體中,導(dǎo)致支撐體熱膨脹系數(shù)發(fā)生變化,電池內(nèi)部應(yīng)力增大,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。
[0008] 因此,需要對現(xiàn)有的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法作進(jìn)一步的改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀,提供一種消除燒結(jié)變形以提高陽極層和基體之間結(jié)合緊密性的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法。[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法,其特征在于,依次包括以下步驟:[0011] 1)采用燒結(jié)不銹鋼、耐熱鋼、鎳基合金、鈷基合金、鈦合金、鉻基合金中的一種;[0012] 2)將步驟1)中粉末進(jìn)行篩分,選取粉末粒度為13~250μm;[0013] 3)將承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.005~0.3mm,然后將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,取出金屬基板和承燒板;[0014] 4)將陽極漿料涂覆在金屬基板的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在金屬基板的上表面形成陽極層;[0015] 5)將電解質(zhì)漿料涂覆在陽極層的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在陽極層的上表面形成電解質(zhì)涂層;[0016] 6)將陰極漿料涂覆在電解質(zhì)涂層的上表面上,隨后將金屬基板未涂覆的下表面擱置在承燒板上,并進(jìn)行干燥,從而在電解質(zhì)涂層的上表面形成陰極層,從而制成金屬支撐板;[0017] 在上述步驟3)和步驟4)之間或者在步驟6)之后進(jìn)行步驟S1,步驟S1為將所需尺寸的金屬基板或金屬支撐板放置在承燒板上,隨后進(jìn)行使金屬基板中的粘接劑脫出的加熱處理,并在加熱處理后進(jìn)行燒結(jié)。[0018] 優(yōu)選地,所述的加熱處理為在加熱至溫度300~700℃下保溫5~240min,或者,為以0.5~20℃/min的升溫速度升溫至1000℃。如此,將金屬基板中的粘接劑脫出。[0019] 優(yōu)選地,所述燒結(jié)中的燒結(jié)溫度為1000℃~1350℃,燒結(jié)的時間為5~240min,燒?3 2結(jié)時的真空度為10 Pa~10Pa。
[0020] 優(yōu)選地,當(dāng)步驟S1位于步驟3)和步驟4)之間時,將步驟S1中燒結(jié)后的金屬基板進(jìn)行壓平處理。如此獲得較為平整的金屬支撐板。[0021] 優(yōu)選地,對壓平后的金屬基板進(jìn)行浸蠟處理,即將所需尺寸的金屬基板置入蠟類熔體中1~30min,待金屬基板中的孔隙中滲入蠟熔體后取出金屬基板并進(jìn)行冷卻。通過浸蠟處理,減少金屬支撐板的孔隙。[0022] 實(shí)現(xiàn)金屬基板固化的方式有多種,但是優(yōu)選地,在步驟3)中,待金屬基板固化后取出金屬基板和承燒板,其中,采用將金屬基板放置10~500min以使金屬基板固化,或者,將金屬基板加熱至40~200℃以使金屬基板固化。[0023] 優(yōu)選地,步驟1)中選用燒結(jié)不銹鋼,所述燒結(jié)不銹鋼的組分按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:碳:≤0.06%,鎳:0~25%,鉬:0~4%,鉻:10~30%,鈮:0~3%,鋁:0~10%,鈦:0~3%,硅:0~1%,錳:0~2%,不超過2%的不可避免的雜質(zhì),鐵:余量。此成分的燒結(jié)不銹鋼,其熱膨脹系數(shù)與陽極、電解質(zhì)等較為匹配。[0024] 優(yōu)選地,所述陽極漿料包含有NiO、丁酮、乙醇、三乙醇胺、淀粉、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG及谷氨酸PHT,還包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯和Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ中的一種,其中,x=0,0.1,0.3,0.5。該材料與金屬支撐板之間結(jié)合緊密。[0025] 優(yōu)選地,所述電解質(zhì)漿料包括有丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG、谷氨酸PHT,還包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、LaGaO3基電解質(zhì)、Ba(Sr)Ce(Ln)O3和CeO2基固體電解質(zhì)中的一種。這種電解質(zhì)漿料的熱膨脹系數(shù)與陽極和陰極的接近,燒結(jié)后結(jié)合較好。[0026] 優(yōu)選地,所述陰極漿料為Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ、LSM(La1?xSrxMn03)、LSCF((La,Sr)(Co,F(xiàn)e)O3)、焦綠石結(jié)構(gòu)的A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)陶瓷、Ag?YDB復(fù)合陶瓷和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的L型陶瓷中的一種,前述x=0,0.1,0.3,0.5。這種陰極材料與電解質(zhì)層結(jié)合緊密。[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法工藝簡單,無需模具即可實(shí)現(xiàn)金屬支撐板的大批量生產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)效率;燒結(jié)時由于承燒板的支撐作用并且金屬支撐板的燒結(jié)收縮與陽極材料基本接近消除燒結(jié)變形,且提升陽極層和金屬基板之間的結(jié)合緊密性,采用增材制造技術(shù)的支撐板生坯,生坯強(qiáng)度較高,燒結(jié)收縮可控,燒結(jié)變形可控。與使用金屬板材的支撐板相比,密度較低,質(zhì)量較輕,利于實(shí)現(xiàn)輕量化。此外,金屬板材制備的支撐板,需要進(jìn)行多次涂層處理,成本高昂。另外,通過浸蠟處理,實(shí)現(xiàn)對金屬基板的孔隙可控,保證燃?xì)夥奖愕赝ㄟ^金屬基板。
附圖說明[0028] 圖1為本實(shí)施例的金屬支撐板燃料電池結(jié)構(gòu)的剖面圖;[0029] 圖2為實(shí)施例1中燒結(jié)后的孔隙形貌;[0030] 圖3為實(shí)施例2中燒結(jié)后的孔隙形貌;[0031] 圖4為實(shí)施例7中燒結(jié)后的孔隙形貌;[0032] 圖5為實(shí)施例8中燒結(jié)后的孔隙形貌。具體實(shí)施方式[0033] 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。[0034] 實(shí)施例1:[0035] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0036] 1)準(zhǔn)備好原料:材料選用434L不銹鋼粉末,434L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.025%,Cr:17.5%,Mn:0.8%,Si:0.6%,Mo:1.05%,鐵:余量;[0037] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為150~200目的粉末,粉末松裝密度2.35g/3
cm;
[0038] 3)承燒板為含95%
氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm,承燒板在燒結(jié)加熱冷卻時不易變形和開裂;[0039] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并將上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.1mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為環(huán)氧樹脂,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm,所鋪設(shè)的粉末層的初始尺寸為L1,金屬基板最終的尺寸為L2,(L1?L2)/L2=1%~20%;[0040] 5)固化:將步驟4)的金屬基板在增材制造設(shè)備的腔室中放置120min,以便于金屬基板完全固化,待固化結(jié)束取出承燒板和金屬基板;[0041] 6)陽極層制備:[0042] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0043] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0044] 8)陰極層制備:將Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ,x=0.1,陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1,具體參見圖1所示;[0045] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1300℃,燒結(jié)的時間為50min,推桿爐中的真空度為?3 410 Pa,為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0046] 燒結(jié)后的金屬基板的孔隙參見圖2所示,由圖2可知,采用增材制造的板材,保留了大量的連通孔隙,完全可以成為支撐板。本實(shí)施例使用增材制造技術(shù)制備金屬支撐板,孔隙可控,生坯強(qiáng)度高,燒結(jié)變形與
粉末冶金工藝類似,操作簡單,無模具,支撐板的制造成本較低。[0047] 實(shí)施例2:[0048] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0049] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用434L不銹鋼粉末,434L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.025%,Cr:17.5%,Mn:0.8%,Si:0.6%,Mo:1.05%,鐵:余量;[0050] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍?100目+150目的粉末,粉末松裝密度2.60g/3
cm;
[0051] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm,承燒板在燒結(jié)加熱冷卻時不易變形和開裂;[0052] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并將上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.2mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為聚乙烯吡咯烷酮PP,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為0.9mm;
[0053] 5)固化:將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度100℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0054] 6)陽極層制備:將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0055] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0056] 8)陰極層制備:將Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ,x=0.3,陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1;[0057] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1300℃,燒結(jié)的時間為50min,推桿爐中的真空度為?310 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%,為了防止鉻等元
4
素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0058] 燒結(jié)后的金屬基板的孔隙參見圖3所示,由圖3可知,孔隙仍有部分處于連通狀態(tài),可以作為燃料電池氣體的通道。[0059] 本實(shí)施例使用增材制造技術(shù)制備金屬支撐板,孔隙可控,生坯強(qiáng)度高,燒結(jié)變形與粉末冶金工藝類似,操作簡單,無模具,支撐板的制造成本較低。[0060] 實(shí)施例3:[0061] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0062] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用430L不銹鋼粉末,430L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.025%,Cr:17.1%,Mn:0.8%,Si:0.6%,鐵:余量;[0063] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍325~500目的粉末,粉末松裝密度2.20g/cm3;[0064] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0065] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.05mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為聚丙烯酰胺,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為0.7mm;[0066] 5)固化:將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度100℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0067] 6)陽極層制備:將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0068] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0069] 8)陰極層制備:將Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ,x=0.1,陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1;[0070] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1220℃,燒結(jié)的時間為30min,推桿爐中的真空度為?310 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%。為了防止鉻等元
4
素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0071] 實(shí)施例4:[0072] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0073] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用316L不銹鋼粉末:C:0.03%,Cr:17.8%,Ni:12.5%,Mn:1.2%,Si:0.8%,Mo:2.48%,鐵:余量;
[0074] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為200~325目的粉末,粉末松裝密度2.30g/3
cm。
[0075] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm。[0076] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.05mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為聚丙烯酰胺,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm;[0077] 5)將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度70℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0078] 6)陽極層制備:將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0079] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0080] 8)陰極層制備:將Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ,x=0.5,陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1;[0081] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1220℃,燒結(jié)的時間為30min,推桿爐中的真空度為?310 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%,為了防止鉻等元
4
素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0082] 實(shí)施例5:[0083] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0084] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用鐵鉻鋁粉末,鐵鉻鋁粉末按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.06%,Cr:21.1%,Mn:0.9%,Si:0.3%,Al:4.79%,鐵:余量;[0085] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為400目~1000目的粉末,粉末松裝密度3
2.05g/cm;
[0086] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0087] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.08mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm;[0088] 5)固化:將步驟4)的金屬基板在增材制造設(shè)備的腔室中放置120min,以便于金屬基板完全固化,待固化結(jié)束取出承燒板和金屬基板;此外,為了提升制造效率,可以將金屬基板單獨(dú)移出進(jìn)行固化。[0089] 6)陽極層制備:將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0090] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0091] 8)陰極層制備:將Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ,x=0.1,陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1;[0092] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1250℃,燒結(jié)的時間為50min,推桿爐中的真空度為?3 410 Pa,為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0093] 實(shí)施例6:[0094] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0095] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用鐵鉻鋁粉末,鐵鉻鋁按照質(zhì)量百分比計包括有以下組分:C:0.06%,Cr:21.1%,Mn:0.9%,Si:0.3%,Al:4.79%,鐵:余量;[0096] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為200~325目的粉末,粉末松裝密度2.35g/3
cm;
[0097] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0098] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.15mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.2mm;[0099] 5)固化:將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度100℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0100] 6)陽極層制備:將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ(x=0),NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0101] 7)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0102] 8)陰極層制備:將LSCF((La,Sr)(Co,Fe)O3)制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1;[0103] 9)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1300℃,燒結(jié)的時間為50min,推桿爐中的真空度為?3 410 Pa,為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。
[0104] 實(shí)施例7:[0105] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0106] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用434L不銹鋼粉末,434L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.025%,Cr:17.5%,Mn:0.8%,Si:0.6%,Mo:1.05%,鐵:余量;[0107] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為150目~200目的粉末,粉末松裝密度為3
2.35g/cm。
[0108] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0109] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.1mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為聚乙烯醇,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm;[0110] 5)將步驟4)的金屬基板在增材制造設(shè)備的腔室中放置120min,以便于金屬基板完全固化,待固化結(jié)束取出承燒板和金屬基板;[0111] 6)燒結(jié):將具有陽極層、電解質(zhì)涂層和陰極層的金屬支撐板放置在承燒板之后,一起放置于推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度1250℃,燒結(jié)的時間為50min,推桿爐中的真空度為?3 410 Pa,為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充4×10Pa的氬氣。此外,為了將金屬基板中的粘接劑脫出,在燒結(jié)之前進(jìn)行加熱處理,具體地,加熱至溫度為500℃下保溫100min。
[0112] 燒結(jié)后的孔隙如圖4所示,孔隙率大約30%,可以滿足氣體通過支撐板進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的要求。[0113] 7)陽極層制備:[0114] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ(x=0.1)、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0115] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0116] 9)陰極層制備:將Ag?YDB復(fù)合陶瓷制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0117] 實(shí)施例8:[0118] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0119] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用434L不銹鋼粉末,434L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括以下組分:C:0.025%,Cr:17.5%,Mn:0.8%,Si:0.6%,Mo:1.05%,鐵:余量;[0120] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為100目~150目的粉末,粉末松裝密度2.60g/3
cm。
[0121] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0122] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.2mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為呋喃樹脂,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為0.9mm;[0123] 5)將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度100℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0124] 6)燒結(jié):放置了粉末軋制生坯的承燒板放置到推桿爐中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度1300℃,燒結(jié)的時間為30分鐘。燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%。燒結(jié)后的孔隙如圖5所示,孔隙率大約40%,完全可以滿足氣體通過支撐板進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的要求。
[0125] 7)陽極層制備:[0126] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ(x=0.3)Z、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0127] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0128] 9)陰極層制備:將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的L型陶瓷制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0129] 實(shí)施例9:[0130] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0131] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用430L不銹鋼粉末,430L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計,包括有以下組分:C:0.025%,Cr:17.1%,Mn:0.8%,Si:0.6%,鐵:余量;[0132] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為325~500目的粉末,粉末松裝密度2.20g/3
cm。
[0133] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0134] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.05mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,粘接劑為呋喃樹脂,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為0.7mm;[0135] 5)將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度100℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0136] 6)燒結(jié):放置了粉末軋制生坯的承燒板放置到推桿爐中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度1300℃,燒結(jié)的時間為30分鐘。燒結(jié)的保護(hù)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%;[0137] 7)陽極層制備:[0138] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有Sr2?xCaxFe1.5Mo0.5O6?δ(x=0.5)、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0139] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0140] 9)陰極層制備:將A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)(x=0)制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0141] 實(shí)施例10:[0142] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0143] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用316L不銹鋼粉末,316L不銹鋼按照質(zhì)量百分比計包括以下組分:C:0.03%,Cr:17.8%,Ni:12.5%,Mn:1.2%,Si:0.8%,Mo:2.48%,鐵:余量;[0144] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為200~325目的粉末,粉末松裝密度2.30g/3
cm;
[0145] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0146] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.05mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm;[0147] 5)將成形的金屬基板連同粉體,通過在加熱溫度70℃而固化時間為30min進(jìn)行固化,固化結(jié)束后取出承燒板以及金屬基板;[0148] 6)燒結(jié):將放置有金屬基板的承燒板放置到推桿爐中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1220?3℃,燒結(jié)的時間為30分鐘,真空度為10 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%;
[0149] 7)陽極層制備:[0150] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0151] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有LaGaO3基電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0152] 9)陰極層制備:將A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)(x=0.5)陰極材料制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0153] 實(shí)施例11:[0154] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0155] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用鐵鉻鋁粉末,鐵鉻鋁粉末按照質(zhì)量百分比計包括有以下組分:C:0.06%,Cr:21.1%,Mn:0.9%,Si:0.3%,Al:4.79%,鐵:余量;[0156] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為400目~1000目的粉末,粉末松裝密度3
2.05g/cm;
[0157] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm;[0158] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.08mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.0mm;[0159] 5)將步驟4)的金屬基板在增材制造設(shè)備的腔室中放置120min,以便于金屬基板完全固化,待固化結(jié)束取出承燒板和金屬基板;[0160] 6)燒結(jié):將放置有金屬基板的承燒板放置到推桿爐中以10℃/min的升溫速度升溫至1000℃處理,將金屬基板中的粘接劑脫出,隨后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1250℃,燒結(jié)的時?3間為50分鐘,真空度為10 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為
30%;
[0161] 7)陽極層制備:[0162] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有CeO2基固體電解質(zhì)、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0163] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有Ba(Sr)Ce(Ln)O3電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0164] 9)陰極層制備:將A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)(x=0.3)制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0165] 實(shí)施例12:[0166] 本實(shí)施例的用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法依次包括以下步驟:[0167] 1)準(zhǔn)備好原料,材料選用鐵鉻鋁粉末,鐵鉻鋁粉末按照質(zhì)量百分比計包括有以下組分:C:0.06%,Cr:21.1%,Mn:0.9%,Si:0.3%,Al:4.79%,鐵:余量;[0168] 2)將上述粉末篩分,選取粒度范圍為200目~325目的粉末,粉末松裝密度2.35g/3
cm;
[0169] 3)承燒板為含95%氧化鋁的陶瓷板,承燒板的尺寸為140×140mm。[0170] 4)將步驟3)中的承燒板放置在增材制造設(shè)備的腔室內(nèi),并上述步驟2)篩分出的粉末放置于增材制造設(shè)備中的粉末容器內(nèi),隨后通過增材制造設(shè)備的鋪粉系統(tǒng)將粉末容器內(nèi)的粉末鋪在承燒板的上表面上,所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.15mm,然后利用增材制造設(shè)備的粘接劑噴射系統(tǒng)將粘接劑噴射至粉末層上,從而使得該粉末層粘結(jié)在一起,隨后不斷地在粘結(jié)的粉末層的上表面依次鋪設(shè)粉末層和粘結(jié)劑,直至得到所需厚度的金屬基板,即采用層層疊加的方式形成金屬基板,金屬基板的大小為120×120mm,厚度為1.2mm;[0171] 5)將步驟4)的金屬基板在增材制造設(shè)備的腔室中放置120min,以便于金屬基板完全固化,待固化結(jié)束取出承燒板和金屬基板;[0172] 6)將放置有金屬基板的承燒板放置到推桿爐中以0.5℃/min的升溫速度升溫至?31000℃,隨后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1300℃,燒結(jié)的時間為50分鐘,真空度為10 Pa,燒結(jié)氣氛為高純氫與氬氣的混合氣體,其中氬氣的體積比為30%;
[0173] 7)陽極層制備:[0174] 將陽極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在剪裁好的金屬基板4的上表面上,隨后將金屬基板4未涂覆的下表面擱置在承燒板上,進(jìn)行干燥,從而在金屬基板4的上表面形成陽極層2;前述的陽極漿料包括有氧化釔穩(wěn)定氧化鋯YSZ、NiO,丁酮,乙醇,三乙醇胺,淀粉,聚乙烯醇縮丁醛PB,聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0175] 8)電解質(zhì)涂層制備:將配制好的電解質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在陽極層2上面,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥燒結(jié),從而在陽極層2的上表面形成有電解質(zhì)涂層3。前述的電解質(zhì)漿料包括有LaGaO3基電解質(zhì)、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙烯醇縮丁醛PB、聚乙二醇PEG和谷氨酸PHT;[0176] 9)陰極層制備:將A2Ru2O7-x(A=Pb,Bi)(x=0.1)陶瓷制成的陰極漿料通過絲網(wǎng)印刷或浸漬涂敷方法均勻地涂敷在電解質(zhì)涂層的上表面上,將未涂覆的下表面放置到承燒板上進(jìn)行干燥后,從而在電解質(zhì)涂層3的上表面形成有陰極層1。[0177] 實(shí)施例13:[0178] 本實(shí)施例與上述實(shí)施例7的區(qū)別僅在于:1、步驟1)所采用的原料不同,具體地,按照質(zhì)量百分比計,燒結(jié)不銹鋼包括有以下組分:C:0.025%,Ni:25%,Cr:10%,Si:1%,Nb:3%,Al:10%,Ti:3%,鐵:余量。
[0179] 2、步驟3)中所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.005mm;步驟5)中放置時間為500min;3、步驟6)不同,具體地將金屬基板放置在承燒板上,隨后進(jìn)行使金屬基板中的粘接劑脫出的加熱處理,在加熱至溫度為300℃保溫120min,并在加熱處理后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1050℃,燒結(jié)時間為300min,隨后將燒結(jié)后的金屬基板進(jìn)行壓平處理,對壓平后的金屬基板進(jìn)行浸蠟處理,即將所需尺寸的金屬基板置入蠟類熔體中1~30min,待金屬基板中的孔隙中滲入蠟熔體后取出金屬基板并進(jìn)行冷卻。[0180] 實(shí)施例14:[0181] 本實(shí)施例與上述實(shí)施例13的區(qū)別僅在于:[0182] 步驟6)不同,具體地將金屬基板放置在承燒板上,隨后進(jìn)行使金屬基板中的粘接劑脫出的加熱處理,在加熱至溫度為700℃保溫5min,并在加熱處理后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1050℃,燒結(jié)時間為300min,真空度為10。[0183] 實(shí)施例15:[0184] 本實(shí)施例與上述實(shí)施例13的區(qū)別僅在于:[0185] 步驟6)不同,具體地,將金屬基板放置在承燒板上,隨后進(jìn)行使金屬基板中的粘接劑脫出的加熱處理,在加熱至溫度為500℃保溫240min,并在加熱處理后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫2 2
度為1050℃,燒結(jié)時間為300min,真空度為10 Pa,為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充10 Pa的氬氣。
[0186] 實(shí)施例16:[0187] 本實(shí)施例與上述實(shí)施例7的區(qū)別僅在于:1、步驟1)所采用的原料不同,具體采用耐熱鋼,按照質(zhì)量百分比計,耐熱鋼包括有以下組分:C:0.025%,Mo:4%,Cr:30%,Nb:1%,Ti:2%,Mn:2%,Al:2%,鐵:余量。[0188] 2、步驟3)中所鋪設(shè)的粉末層的厚度為0.3mm;步驟5)中放置時間為10min;[0189] 3、步驟6)不同,具體地,將放置有金屬基板的承燒板放置到推桿爐中以步驟6)20℃/min的升溫速度升溫至1000℃,隨后進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為1400℃,燒結(jié)時間為10min。4
為了防止鉻等元素蒸發(fā),返充5×10Pa的氬氣。
[0190] 實(shí)施例17:[0191] 本實(shí)施例與上述實(shí)施例6的區(qū)別僅在于:在步驟5)中加熱溫度為200℃;還可以采用加熱溫度為40℃。[0192] 此外,還可以用鎳基合金、鈷基合金、鈦合金、鉻基合金的一種替換燒結(jié)不銹鋼。上述實(shí)施例中,100目~1000目相當(dāng)于13~150μm,上述實(shí)施例中燒結(jié)的保護(hù)氣氛還可以為以氮?dú)鉃榛A(chǔ),氫氣比例為1~90vol%的混合氣作為保護(hù)氣氛,或者以氬氣為基礎(chǔ),氫氣比例為1~90vol%的混合氣作為保護(hù)氣氛。
聲明:
“用于燃料電池的金屬支撐板的制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)