[發(fā)明專利]一種利用磁控濺射法制備固體氧化物燃料電池納米薄膜陰極的方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201310293970.0 | 申請(qǐng)日： | 2013-07-11 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN103367763A | 公開(kāi)（公告）日： | 2013-10-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 李強(qiáng);趙輝;孫麗萍;曾旭;霍麗華 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 黑龍江大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | H01M4/88 | 分類號(hào)： | H01M4/88;B82Y40/00;C23C14/35 |
| 代理公司： | 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109 | 代理人： | 牟永林 |
| 地址： | 150080 黑龍*** | 國(guó)省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 利用 磁控濺射 法制 固體 氧化物 燃料電池 納米 薄膜 陰極 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池納米薄膜陰極的制備方法。
背景技術(shù)
隨著電池器件小型化和薄膜化趨勢(shì)的發(fā)展，電池薄膜電極的應(yīng)用越來(lái)越得到人們的重視。其中磁控濺射法制備薄膜因其具有大面積成膜、附著力好、沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
固體氧化物燃料電池是一種能源轉(zhuǎn)換裝置，它具有能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料用途廣泛、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)正日益受到各國(guó)廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的固體氧化物電池La0.8Sr0.2MnO3粉末陰極材料在700℃以下極化電阻較高，大于3.0ohm.cm2，導(dǎo)致電催化活性低。為此，尋找在中溫條件下具有高性能的新型陰極材料成為發(fā)展中溫燃料電池的重要任務(wù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有固體氧化物電池粉末陰極材料在700℃以下極化電阻高，電催化活性低的問(wèn)題，提供一種利用磁控濺射法制備固體氧化物燃料電池納米薄膜陰極的方法。
本發(fā)明利用磁控濺射法制備固體氧化物燃料電池納米薄膜陰極的方法，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的：
一、將La2O3、SrCO3和MnO2粉體按摩爾比為1-3:0.5-1.5:4-6混合研磨均勻，得到混合粉末，將混合粉末以100-150MPa的壓力進(jìn)行鋼模壓制得到直徑55-65mm、厚度4-6mm的靶材前軀體，然后將靶材前軀體置于高溫爐中，于800-1000℃下燒結(jié)7-9h，得到濺射薄膜用的La0.8Sr0.2MnO3靶材；
二、將固體電解質(zhì)釔穩(wěn)定氧化鋯粉體以200-250MPa的壓力進(jìn)行鋼模壓制得到直徑12-18mm、厚度0.5-1.5mm的基底前軀體，然后將基底前軀體置于高溫爐中，于1200-1600℃下燒結(jié)10-14h，得到濺射薄膜用的釔穩(wěn)定氧化鋯基底；
三、將步驟二中得到的釔穩(wěn)定氧化鋯基底放入磁控濺射儀的鍍膜樣品臺(tái)上，再將La0.8Sr0.2MnO3靶材置于磁控靶位，使La0.8Sr0.2MnO3靶材與釔穩(wěn)定氧化鋯基底之間的距離為2-10cm，然后對(duì)鍍膜室和樣品室內(nèi)抽真空，控制真空度為1.0×10-4-4.0×10-4Pa，再向鍍膜室通入氬氣，控制氬氣的流量在10sccm-100sccm，控制壓強(qiáng)為2-6Pa；
四、施加射頻濺射功率啟輝，設(shè)置濺射輸出功率為50W-300W，基底加熱溫度為400-700℃，進(jìn)行預(yù)濺射10-30min，然后移開(kāi)La0.8Sr0.2MnO3靶材和釔穩(wěn)定氧化鋯基底的擋板，開(kāi)始向釔穩(wěn)定氧化鋯基底表面進(jìn)行濺射鍍膜，濺射時(shí)間為10-24h，得到薄膜；
五、將步驟四制備的薄膜置于馬弗爐中，于500-800℃加熱處理5-10h，即得到La0.8Sr0.2MnO3納米薄膜陰極。
本發(fā)明的有益效果：
1、該方法制備的納米陰極薄膜材料在500-700℃的溫度范圍內(nèi)的極化電阻低，為0.5-1.5ohm.cm2，700℃空氣條件下La0.8Sr0.2MnO3傳統(tǒng)粉末陰極的極化電阻為3.0ohm.cm2，結(jié)果表明多孔薄膜陰極提高了電極的電催化活性，減小了粉末陰極的接觸電阻，改善了陰極的電化學(xué)性能；
2、在700℃、10mAcm-2電流密度下，本發(fā)明方法制備的固體氧化物燃料電池納米薄膜陰極的極化過(guò)電位低，為25-65mV，La0.8Sr0.2MnO3傳統(tǒng)粉末陰極在相同條件下其陰極極化過(guò)電位為70mV，結(jié)果表明薄膜陰極改善了燃料電池的陰極極化現(xiàn)象；
3、納米陰極薄膜材料的體積和重量均小于傳統(tǒng)粉末陰極材料，納米陰極薄膜材料的使用可以減小固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的體積及重量；
4、本發(fā)明的制備方法原料易得，并且薄膜材料與傳統(tǒng)粉末材料相比，附著能力強(qiáng)，耐久性高，穩(wěn)定性高。
附圖說(shuō)明
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