[發明專利]一種質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110451635.X
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN103183513A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 李帥;張超;劉曉鵬;王樹茂;蔣利軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/01;H01M2/16
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

1.一種質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其制備步驟包括：

(1)配制電解質前驅體溶膠或電解質漿料，將該電解質前驅體溶膠或電解質漿料沉積在電極支撐體上，對電解質沉積層進行干燥處理后，通過空氣氣氛下800-1100℃煅燒后獲得電解質多孔骨架層；

(2)配制低粘度電解質前驅體溶膠，將該低粘度電解質前驅體溶膠沉積在電解質多孔骨架層上，通過空氣氣氛下800-1100℃煅燒完全排除低粘度電解質前驅體中的氣體揮發物，實現電解質多孔骨架層的孔洞填充；

(3)將步驟(2)得到的填充后的電解質多孔骨架層在900-1200℃燒結1-20小時，即得到致密的質子導電陶瓷電解質薄膜。

2.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：所述電解質成分為AB_1-xM_xO_3-δ，其中，A為Sr、Ba或Ca；B為Ce或Zr；M為稀土摻雜元素，摻雜量x為0-0.3，且x≠0，所述稀土摻雜元素為Yb、Y、Gd、La、Sc、Nd、Sm、Eu、Dy中的一種或幾種。

3.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，得到的電解質多孔骨架層厚度決定該質子導電陶瓷電解質薄膜的厚度；在所述步驟(2)中，用低粘度電解質前驅體溶膠填充多孔骨架層孔洞的過程不會增加該質子導電陶瓷電解質薄膜的厚度。

4.如權利要求2所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：在所述的步驟(1)中，所述的電解質前驅體溶膠的配制過程是，先按電解質成分的化學計量比配制電解質前驅體溶液，電解質前驅體溶液為硝酸A、硝酸B和硝酸M的硝酸鹽水溶液，該硝酸鹽水溶液的初始濃度為1-2mol/L；加入至少一種選自乙二醇和檸檬酸的絡合劑；加熱該硝酸鹽水溶液形成電解質前驅體溶膠，該電解質前驅體溶膠粘度為100-1000cp。

5.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：在所述的步驟(1)中，電解質漿料的制備過程是，先制備電解質漿料粉體，電解質漿料粉體由現有的陶瓷粉體制備方法：固相反應法、共沉積、溶膠凝膠法、燃燒法中的任意一種方法獲得；再將獲得的電解質粉體和溶劑混合，制成電解質粉體在漿料中的含量為200-1000g/L的電解質漿料，溶劑選自乙醇、丙酮、異丙醇、去離子水中的一種。

6.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：在所述的步驟(1)中，制得的電解質多孔骨架層是由電解質顆粒堆積形成通孔結構，其厚度為1-50微米；為保證質子導電陶瓷電解質薄膜的連續和均勻性，電解質多孔骨架層的厚度大于5倍質子導電陶瓷電解質薄膜顆粒平均尺寸。

7.如權利要求2所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：在所述的步驟(2)中，所述的低粘度電解質前驅體溶膠的配制過程是，先按電解質成分的化學計量比配制低濃度電解質前驅體水溶液，低濃度電解質前驅體水溶液為硝酸A、硝酸B和硝酸M的低濃度硝酸鹽水溶液，該低濃度硝酸鹽水溶液的初始濃度為0.5-1mol/L；加入至少一種選自乙二醇和檸檬酸的絡合劑；加熱該低濃度硝酸鹽水溶液形成低粘度電解質前驅體溶膠，該低粘度電解質前驅體溶膠粘度為50-500cp。

8.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：所述的步驟(1)中的電解質前驅體溶膠的粘度大于步驟(2)中的低粘度電解質前驅體溶膠的粘度。

9.如權利要求1所述的質子導電陶瓷電解質薄膜的制備方法，其特征在于：獲得電解質多孔骨架層的過程是，將電解質前驅體溶膠沉積在電極支撐體上，對電解質沉積層進行干燥處理，干燥處理的溫度為300℃-400℃，干燥處理的時間為15分鐘-20分鐘，其中，沉積和干燥進行多次，沉積和干燥的循環次數以對電解質多孔骨架層的平均尺寸厚度的要求為準，最后在空氣氣氛下800-1100℃煅燒1.5小時-3小時后獲得電解質多孔骨架層。