[發明專利]一種電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201811056407.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109346752B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 陳繪麗;常宏;閆菁;李思殿
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜的制備方法，屬于固體氧化物燃料電池電解質薄膜的制備技術領域，現有鋯基電解質膜厚度大且厚度不均勻，制備過程需要多次煅燒，制備工藝復雜的問題，本發明采用干壓?加熱?淬冷?煅燒四個步驟制備，本方法可根據電解質粉末的質量精確制備所需厚度的電解質薄膜，所得薄膜致密均勻。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池電解質薄膜的制備技術領域，具體涉及一種電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜的制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種將化學能直接轉化為電能的新型、潔凈的發電裝置，具有高效、便捷、環境友好和實用性強等優點，在能源、化工、環境、交通、航天等領域有著極其廣泛的應用前景。目前，SOFCs的中低溫化是 SOFCs商業化發展的關鍵，研究表明電解質材料的薄膜化是實現 SOFCs中低溫化的主要途徑。在SOFCs 工作過程中，電解質是連接燃料電池陰陽極的橋梁，起著傳遞 O^2-并且隔離空氣與燃料的雙重作用，電子導電性很低。因此電解質薄膜化將大大減小中低溫時電池的歐姆電阻，提高電池性能。鋯基電解質是目前最主流的高溫燃料電池電解質材料。目前研究最廣泛的是 8% Y₂O₃摻雜的 ZrO₂(YSZ)，YSZ與電池材料具有良好的化學相容性和高的氧離子傳導性，經濟性好，最具商業化推廣潛質。對于電解質支撐的電池結構，采用傳統方法制備的電解質層較厚，給SOFCs帶來一系列的問題，如電池內阻較高導致性能降低，需較高的操作溫度、耗能高，改善和解決此類問題的一個重要途徑是將其薄膜化。對于電解質支撐型鋯基電解質薄膜的制備，最常用的方法是壓制成型法。盡管這種薄膜制備技術在電解質的制備與應用過程中得到了很大的發展，但仍然有不足之處，如電解質薄膜致密度、薄膜厚度的可控性、打磨不均勻導致陰陽極剝離等，還不能完全適應于 SOFC商業化生產需求。

發明內容

本發明針對現有鋯基電解質膜厚度大且厚度不均勻，制備過程需要多次煅燒，制備工藝復雜的問題，提供一種電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜的制備方法，實現鋯基電解質薄膜的制備規模化、超薄化、均勻化，且制備過程簡單，只需要一次高溫煅燒。

本發明采用如下技術方案：

一種電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜的制備方法，包括干壓-加熱-淬冷-煅燒，具體包括如下步驟：

第一步，將150℃以下可以軟化的基底材料與顏色不同于電解質顏色的有色物質混合均勻，用壓片機模壓成片，得到薄片；

第二步，將所要制備的電解質薄膜的粉體材料，均勻鋪灑在第一步所得薄片的表面，在壓片機上共壓成型，脫模，形成基底層和電解質層的基底/電解質雙層生坯體；

第三步，將基底/電解質雙層生坯體中電解質層的一側放在氧化鋯板上，置于烘箱中保溫后，在25℃下，用易揮發的冷卻性液體進行淬冷后，將基底層除去，得到單層電解質層；

第四步，將YSZ電解質粉體或氧化鋁粉體均勻覆蓋在單層電解質層上，高溫煅燒后，得到致密均勻的電解質支撐的固體氧化物燃料電池鋯基電解質薄膜。

第一步中所述基底材料為PVB或淀粉。

第一步中所述有色物質為草木灰或石墨。

第一步中所述基底材料和有色物質的質量比為49:1。

第一步中壓片機的模壓壓力為80MPa，保壓時間為30s。

第二步中所述粉體材料和薄片的表面積的關系為單位面積307g/m²的粉體材料得到80微米厚度的電解質層。

第二步中所述電解質薄膜的粉體材料為基于鋯基的電解質材料，粒徑≥100目。