[發(fā)明專(zhuān)利]固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011115372.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112234237B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任明永
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥市盛文信息技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/124
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/124;H01M8/1246
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 高寧馨

本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟：將平均粒徑為0.1～0.5μm的氧化鋁粉末與平均粒徑為1～5μm的氧化鋁粉末混合均勻，制得的氧化鋁混合粉末分散在水和/或乙醇中，加入鹽酸，攪拌后超聲，得到懸浮液；將基板浸入懸浮液中，在80～100V的電壓下直流電泳沉積250～300s，然后在150～160V的電壓，50～60Hz頻率下交流電泳沉積250～300s，在惰性氣體氛圍中1100～1200℃燒結(jié)2～2.5h。本發(fā)明通過(guò)采用雙組分的氧化鋁混合粉末作為電解質(zhì)的原材料，通過(guò)直流電泳沉積和非對(duì)稱(chēng)性交流電泳沉積工藝制得了復(fù)合電解質(zhì)薄膜，導(dǎo)電性能和氣密性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源電池領(lǐng)域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備方法。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種在中高溫(800-1200℃)條件下運(yùn)行，將燃料儲(chǔ)存的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為潔凈電能的獨(dú)立式發(fā)電裝置。SOFC的工作原理是，在高溫條件下，通過(guò)電極電位差和氧濃差的共同作用，電解質(zhì)層將陰極電化學(xué)反應(yīng)生成的O^2-傳遞至陽(yáng)極的三相界面，O^2-與擴(kuò)散來(lái)的燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，釋放電子通過(guò)外電路傳輸至陰極與陰極的氧原子結(jié)合形成氧離子，形成閉合回路。

降低工作溫度，實(shí)現(xiàn)燃料電池的中低溫化是固體氧化物燃料電池(SOFC)目前的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)固態(tài)氧化物燃料電池的中低溫化的有效途徑是實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)材料的薄膜化處理，它的原理是：隨著電解質(zhì)薄膜厚度的減少，電解質(zhì)內(nèi)部的阻抗減小、電導(dǎo)率增大，因而電池的輸出功率增大，最終降低了SOFC的工作溫度。

但是，由于降低了燃料電池的工作溫度(650-800℃)，電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)速率也隨著降低，增加了電池電極的極化損失，因此通過(guò)改變電解質(zhì)微結(jié)構(gòu)的方法，在電解質(zhì)表面制備粗糙、凹凸不平的微結(jié)構(gòu)，來(lái)增大陽(yáng)極與電解質(zhì)之間的接觸區(qū)域，從而降低了固體氧化物燃料電池因工作溫度降低而造成的極化損失。

電泳沉積是一種傳統(tǒng)且有效的工藝方式，可以在各種類(lèi)型導(dǎo)電基板上沉積一層很薄或很厚的陶瓷薄膜。在電泳沉積工藝中，陶瓷粉體在懸浮液中帶上電荷并均勻分散，將電極板(或基板)浸入到懸浮液中，在電極板之間施加外加電場(chǎng)的時(shí)候，荷電顆粒會(huì)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)并沉積在基板上。現(xiàn)有文獻(xiàn)期刊中制備氧化鋁薄膜所采用的電泳沉積技術(shù)，絕大多數(shù)是直流恒壓或直流恒流模式，且采用的原料是單一粒徑的粉體，制備的薄膜表面很致密平滑；而采用雙組分粉體，在非對(duì)稱(chēng)性交流電場(chǎng)下通過(guò)電泳沉積法來(lái)制備的復(fù)合電解質(zhì)薄膜，尚未見(jiàn)到相關(guān)的文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種電導(dǎo)率高，氣密性好的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)將平均粒徑為0.1～0.5μm的氧化鋁粉末與平均粒徑為1～5μm的氧化鋁粉末按照1：0.2～0.25的質(zhì)量比混合均勻，得到氧化鋁混合粉末；

2)將步驟1)制得的氧化鋁混合粉末分散在水和/或乙醇中，加入鹽酸，攪拌后超聲，得到懸浮液；懸浮液中，氧化鋁混合粉末的含量為0.08～0.1g/ml，鹽酸的含量為1～1.2mol/L；

3)將基板浸入步驟2)制得的懸浮液中，在80～100V的電壓下直流電泳沉積250～300s，清洗，干燥，得到第一沉積前驅(qū)體；

4)將步驟3)制得的第一沉積前驅(qū)體浸入步驟2)制得的懸浮液中，在150～160V的電壓，50～60Hz頻率下交流電泳沉積250～300s，清洗，干燥，得到第二沉積前驅(qū)體；

5)將步驟4)制得的第二沉積前驅(qū)體在惰性氣體氛圍中1100～1200℃燒結(jié)2～2.5h，獲得沉積在基板表面的氧化鋁薄膜，即固體氧化物燃料電池電解質(zhì)薄膜。