本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，尤其涉及一种sofc半电池及其制备方法。
背景技术：
1、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cells，sofc)被认为是最高效的燃料电池，不受卡诺循环的影响，热供联产可将燃料转化为能量(包括热量)效率高达90％。sofc主要由阴极(通常为多孔陶瓷复合氧化物)、阳极(通常为多孔陶瓷金属复合物)和电解质(通常为单相氧化物)组成。通过sofc可以实现燃料与电力的高效快速转换，是一种重要的低碳能源技术。可显著缓解煤炭和石油等传统燃料燃烧时能量损失大和破坏生态环境等问题，同时可将风能和太阳能的过剩电力储存起来。且固体氧化物燃料电池作为一种新型发电技术，其工作时可直接促使燃料气体(h2、co或ch4)和氧化气体(o2或空气)发生电化学反应，进而将化学能直接转换为电能，由于没有燃烧和机械运动，因此，具有高效、绿色和无污染等特点，其应用前景广阔，是未来氢能产业和电力行业根基型的核心技术之一。
2、sofc的阳极的主要作用是为燃料的电化学氧化反应提供反应场所，所以sofc的阳极材料必须在还原气氛中稳定，并且具有足够高的电子电导率和对燃料气体氧化反应的催化活性。ni基金属陶瓷阳极因为具有较低的成本、良好的催化效果和电子导电性能等，是目前sofc中最常用的阳极材料之一，由氧化镍(nio)和氧化钇稳定的氧化锆(ysz)复合形成的nio-ysz金属陶瓷阳极是最常使用的阳极材料。
3、传统的烧结方法需要在更高的温度(例如1250℃)下进行，使材料颗粒结合并形成致密的结构进而得到电池组件。但高温下会引起材料的晶粒粗化和相变，并且电池是将预制的电极、电解质和其他组件在高温下进行烧结，然后组装，这需要更高的能源消耗和更复杂的制备工艺，从而增加了制备成本。另外，温度过高还会影响电池的性能及稳定性。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种sofc半电池的制备方法，该制备方法既可以减少能耗、降低成本，又可以有效地避免高温烧结时阳极功能层中因应力过大出现开裂的问题。
2、本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的sofc半电池。
3、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：
4、一种sofc半电池的制备方法，包括以下步骤：
5、s1，阳极支撑体粉体的制备：将nio粉末和ysz粉末混合均匀，加入造孔剂得到混合粉末，将混合粉末球磨至均匀后，干燥，干燥后加入第一粘结剂，继续球磨至均匀，得到阳极支撑体粉体，其中，nio粉末、ysz粉末、造孔剂和第一粘结剂的质量比为6：4：(0.5～2.2)：(0.2～0.5)；
6、在上述步骤s1中，所述造孔剂为纤维素、石墨粉或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)粉体中的一种或几种的混合物，其中，造孔剂为石墨粉和纤维素的混合物时，石墨粉和纤维素的质量比为(1.5～3)：(0.5～1.5)，所述第一粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛(pvb)。
7、在上述步骤s1中，所述球磨的转速为200～400rpm，球磨的时间为2～4h，球磨的介质为无水乙醇。
8、在上述步骤s1中，所述nio粉末的粒径为20～30nm。
9、s2，阳极支撑体的制备：将阳极支撑体粉体置于模具中，进行挤压，压制后取出模具，脱模处理得到阳极支撑体坯体，在空气氛围下，将阳极支撑体坯体烧结，得到阳极支撑体；
10、在上述步骤s2中，所述挤压的压力为30～55kn，挤压的时间为180～300s。
11、在上述步骤s2中，所述烧结的温度为1000～1200℃，烧结的保温时间为2～4h。
12、在上述步骤s2中，以0.5～3℃/min的升温速率升温至烧结的温度。
13、s3，阳极浆料和电解质浆料的制备：
14、阳极浆料：将nio粉末、ysz粉末、溶剂、分散剂、第二粘结剂和增塑剂混合，球磨，真空除泡，得到阳极浆料，其中，nio粉末的质量份数、ysz粉末的质量份数、溶剂的体积份数、分散剂的体积份数、第二粘结剂的质量份数和增塑剂的体积份数为(5～7)：(3～5)：(5～15)：(0.05～0.15)：(2～8)：(0.2～0.5)，质量份数的单位为g，体积份数为ml；
15、电解质浆料：将陶瓷粉末、溶剂、分散剂和第二粘结剂混合，球磨，加入增塑剂和表面活性剂，继续球磨，真空除泡，得到电解质浆料，其中，陶瓷粉末的质量份数、溶剂的体积份数、分散剂的体积份数、第二粘结剂的质量份数、增塑剂的体积份数、表面活性剂的的体积份数的比为(20～30)：(10～30)：(0.1～0.3)：(4～6)：(0.3～0.5)：(0.1～0.3)，质量份数的单位为g，体积份数为ml；
16、在上述步骤s3中，所述第二粘结剂为聚乙烯醇(pva)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)或α-松油醇和乙基纤维素的混合物中的一种或几种的混合物，其中，α-松油醇和乙基纤维素的混合物中α-松油醇和乙基纤维素的质量比为(4～5)：(0.25～1)，所述溶剂为无水乙醇，所述分散剂为磷酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或埃夫卡高分子分散剂(efka4340)中的一种或几种的混合物，所述表面活性剂为曲拉通x-100(triton-x)，增塑剂为邻苯二甲酸二正丁酯(dbp)，陶瓷粉末为ysz粉末。
17、在上述步骤s3中，所述球磨的转速为200～400r/min，球磨的时间为2～24h。
18、s4，阳极功能层与电解质层的制备：将s2制备的阳极支撑体涂敷s3制备的阳极浆料，在室温下干燥，形成阳极功能层坯层，将阳极功能层坯层表面涂敷s3制备的电解质浆料，烘干，形成电解质层坯层，得到sofc半电池素坯；
19、在上述步骤s4中，所述涂敷s3制备的阳极浆料的方式为流延、丝网印刷、旋涂、滴涂和超声波喷涂中的任意一种。
20、在上述步骤s4中，所述涂敷s3制备的电解质浆料的方式为流延、旋涂、滴涂和超声波喷涂中的任意一种。
21、在上述步骤s4中，所述烘干的温度为50～75℃，烘干的时间为1～4h。
22、s5，阳极功能层与电解质层一体共烧结的sofc半电池的制备：将sofc半电池素坯采用阶梯升温方式以0～5℃/min的升温速率升温至550～650℃烧结并保温20～40min，然后以0.5～2℃/min的升温速率升温至950～1050℃烧结并保温20～40min，再以0.8～1.2℃/min的升温速率升温至350～1450℃烧结并保温4～6h，共烧结4～8h，以0.5～3℃/min的降温速率降温至750～850℃后，炉冷至室温，得到阳极功能层与电解质层一体共烧结的sofc半电池。
23、上述一种sofc半电池。
24、在上述技术方案中，所述sofc半电池为层状结构，包括：底层的阳极支撑体以及依次设于阳极支撑体上的阳极功能层和致密的电解质层。
25、在上述技术方案中，所述sofc半电池的阳极支撑体的厚度为500～1000μm，sofc半电池的阳极功能层的厚度为20～50μm，sofc半电池的电解质层的厚度为2～20μm。
26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27、1.本发明的制备方法中，阳极支撑体烧结的温度为1000℃，降低了收缩率，以便于在之后的电解质层坯层烧结中收缩更大，带动电解质层坯层变得致密，与传统的烧结方法相比，阳极支撑体烧结过程降低了烧结温度，节省了能源。
28、2.本发明通过阶梯烧结工艺成功解决了烧结过程中由于内应力的累计而导致的电池变形和开裂问题，保证了半电池的性能稳定。
29、3.本发明的制备方法中，阳极功能层与电解质层一体共烧结，简化了工艺步骤，降低了人工成本和电力成本。
30、4.本发明制备的阳极功能层与电解质层一体共烧结的sofc半电池在700℃下的最大功率密度为0.14w cm-2，在700℃下获得的开路电压(ocv)值为1.02v，表明该工艺制备方法可行。
1.一种sofc半电池的制备方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s1中，所述造孔剂为纤维素、石墨粉或聚甲基丙烯酸甲酯粉体中的一种或几种的混合物，其中，造孔剂为石墨粉和纤维素的混合物时，石墨粉和纤维素的质量比为(1.5～3)：(0.5～1.5)，所述第一粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s1中，所述球磨的转速为200～400rpm，球磨的时间为2～4h，球磨的介质为无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s2中，所述烧结的温度为1000～1200℃，烧结的保温时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s3中，所述球磨的转速为200～400r/min，球磨的时间为2～24h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s3中，所述第二粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或α-松油醇和乙基纤维素的混合物中的一种或几种的混合物，其中，α-松油醇和乙基纤维素的混合物中α-松油醇和乙基纤维素的质量比为(4～5)：(0.25～1)，所述溶剂为无水乙醇，所述分散剂为磷酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或埃夫卡高分子分散剂中的一种或几种的混合物，所述表面活性剂为曲拉通x-100，增塑剂为邻苯二甲酸二正丁酯，陶瓷粉末为ysz粉末。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s4中，所述涂敷s3制备的阳极浆料的方式为流延、丝网印刷、旋涂、滴涂和超声波喷涂中的任意一种，所述涂敷s3制备的电解质浆料的方式为流延、旋涂、滴涂和超声波喷涂中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：s4中，所述烘干的温度为50～75℃，烘干的时间为1～4h。
9.一种sofc半电池，其特征在于，所述sofc半电池为层状结构，包括：底层的阳极支撑体以及依次设于阳极支撑体上的阳极功能层和致密的电解质层。
10.根据权利要求9所述的sofc半电池，其特征在于：所述sofc半电池的阳极支撑体的厚度为500～1000μm，sofc半电池的阳极功能层的厚度为20～50μm，sofc半电池的电解质层的厚度为2～20μm。
