[發(fā)明專利]一種固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410508136.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN104201409A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉東;王可心;孫克寧;閆杜娟;樂士儒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備方法，具體涉及一種采用旋轉(zhuǎn)涂覆法制備固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜的方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電裝置，具有高效、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是繼水力、火力、核能發(fā)電技術(shù)之后的第4代發(fā)電技術(shù)，被美國《時(shí)代周刊》稱為改變未來世界的十大科技之首。其中固體氧化物燃料電池（(So1id?Oxide?Fuel?Cell，SOFC）可以利用熱電聯(lián)供將能量的綜合利用率提高到80%以上，并且具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、燃料適用性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)，受到了國際上普遍重視，各國紛紛投入巨資進(jìn)行SOFC的技術(shù)研發(fā)和商業(yè)化。

傳統(tǒng)的高溫型SOFC由于其所用的電解質(zhì)為氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（yttria-stabilized?zirconia，YSZ），氧離子電導(dǎo)率較低，必須在1000℃以上的高溫下操作，不僅密封困難，而且加劇了電池組件間副反應(yīng)的發(fā)生，對(duì)電池的其它組件要求非?？量?，因而增大了電池材料在選擇和制備上的困難，使SOFC的成本居高不下，遲遲未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。所以，降低SOFC的工作溫度，開發(fā)中溫型SOFC成為SOFC發(fā)展的必由之路。

降低SOFC的操作溫度最有效的途徑是采用具有高氧離子電導(dǎo)率的新型電解質(zhì)材料。1mol%CeO₂-10mol%Sc₂O₃-89mol%ZrO₂（1Ce10ScSZ）是電導(dǎo)率最高的ZrO₂基電解質(zhì)，1000℃時(shí)電導(dǎo)率約為YSZ的2.5倍，800℃時(shí)電導(dǎo)率約為YSZ的3倍，相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且機(jī)械強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)與YSZ相當(dāng)，成為一種非常有潛力的新型中溫SOFC電解質(zhì)材料。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)尚未見有關(guān)固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ薄膜制備方法或技術(shù)的報(bào)道。目前國際上對(duì)于固體氧化物燃料電池用1Ce10ScSZ薄膜的制備，主要是Andrzejczuk?M?等采用電子束-物理氣相沉積（Electron?Beam-Physical?Vapour?Deposition,?EB-PVD)?技術(shù)和Zhang?X等采用電子束蒸鍍冷凝（electron?beam?evaporation?and?condensation,?EBEC）技術(shù)成功制備了1Ce10ScSZ薄膜。然而電子束法設(shè)備昂貴，制備成本高，不易推廣，難以滿足固體氧化物燃料電池的商業(yè)化。???

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種成本低廉且操作簡(jiǎn)捷的固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜的制備方法，采用旋轉(zhuǎn)涂覆法制備固體氧化物燃料電池1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜，具體步驟如下：

（1）將乙基纖維素作為粘結(jié)劑加入到松油醇中，攪拌30~60分鐘，得到乙基纖維素松油醇溶液；

（2）將1Ce10ScSZ粉體加入到上述乙基纖維素松油醇溶液中，用行星式球磨機(jī)以200~400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨10~12小時(shí)，配制1Ce10ScSZ漿料；

（3）將NiO-ScSZ陽極支撐體固定在臺(tái)式勻膠機(jī)上作為基體，在陽極中心位置處滴加適量1Ce10ScSZ漿料，開啟勻膠機(jī)，使其在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行30~120秒，在NiO-ScSZ陽極表面形成一層均勻的1Ce10ScSZ電解質(zhì)膜胚；

（4）然后將上述1Ce10ScSZ電解質(zhì)膜胚放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理；

（5）重復(fù)步驟（3）和（4）0~5次，得到不同厚度的1Ce10ScSZ電解質(zhì)膜胚；

（6）將上述1Ce10ScSZ電解質(zhì)膜胚放入馬弗爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到厚度為2.5~15μm的1Ce10ScSZ電解質(zhì)薄膜。

步驟（1）中，所述乙基纖維素松油醇溶液是指乙基纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占3~4%的松油醇溶液。

步驟（2）中，所述1Ce10ScSZ粉體的粒徑大小在30~60nm，在松油醇中呈單分散狀態(tài)。

步驟（2）中，所述1Ce10ScSZ粉體可以按照溶膠凝膠法合成，其制備步驟如下：