[發(fā)明專利]一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211565494.9
• 申請(qǐng)日: 2022-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN115863719A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王中旭;滕越;占忠亮;唐龍江;仝永成;勵(lì)剛;陳國宏;繆春輝;王締
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/1226
• 分類號(hào): H01M8/1226;H01M8/1004;H01M8/1231;H01M8/1246;H01M8/1253;H01M8/126
• 代理公司: 合肥云道爾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 陳蘭

本發(fā)明公開了一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵及其制備方法，所述陶瓷氧泵包括從上到下燒結(jié)而成的金屬支撐體、陽極功能層、電解質(zhì)隔膜、陰極功能層、金屬支撐體，所述陽極功能層和陰極功能層的內(nèi)表面覆蓋有納米催化劑顆粒。所述電解質(zhì)隔膜是具有較高氧離子電導(dǎo)率的固體氧化物，所述金屬支撐體是由主要成分為Fe和Cr元素組成的不銹鋼合金，所述陽極功能層和陰極功能層都是不銹鋼與電解質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合物，所述納米催化劑是結(jié)構(gòu)式為ABO₃的鈣鈦礦或雙鈣鈦礦材料，其中A稀土元素的一種或多種，B為過渡金屬元素的一種或多種。本發(fā)明可以提升陶瓷氧泵的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)陶瓷氧泵的抗熱沖擊性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷電化學(xué)氧泵領(lǐng)域，具體涉及一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵及其制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷氧泵由致密的氧離子傳導(dǎo)固體氧化物電解質(zhì)隔膜以及位于兩側(cè)的多孔電極構(gòu)成，電解質(zhì)隔膜對(duì)于氧分離的絕對(duì)選擇性以及高達(dá)500-800℃的工作溫度使得陶瓷膜具有獨(dú)特的三防(防核、防生物、防化學(xué))特性，即使陰極側(cè)的空氣渾濁或含有污染物，致密的電解質(zhì)隔膜可以把氮、磷、硫等污染物降到最低，保證陽極側(cè)仍然可以得到高純的氧氣。目前，陶瓷氧泵一般采用較厚的電解質(zhì)隔膜或者多孔氧化物陶瓷電極作為支撐體，抗彎強(qiáng)度較低，抗熱沖擊能力差，另外，較高的工作溫度(大多在700℃以上)使得陶瓷氧泵系統(tǒng)較為復(fù)雜，快速啟動(dòng)和冷熱循環(huán)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵及其制備方法，其可以提升陶瓷氧泵的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)陶瓷氧泵的抗熱沖擊性能。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述陶瓷氧泵包括從上到下燒結(jié)而成的金屬支撐體、陽極功能層、電解質(zhì)隔膜、陰極功能層和金屬支撐體，所述金屬支撐體與電解質(zhì)隔膜的熱膨脹系數(shù)差值在50％范圍內(nèi)(例如電解質(zhì)隔膜的熱膨脹系數(shù)為10x10^-6K^-1，則金屬支撐體的熱膨脹系數(shù)在5x10^-6K^-1和15x10^-6K^-1范圍內(nèi))，所述陽極功能層和陰極功能層均由金屬支撐體骨架和電解質(zhì)粉體兩種成分組成。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的一種具有對(duì)稱金屬支撐體的陶瓷氧泵，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述金屬支撐體具有與電解質(zhì)隔膜匹配的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)異的高溫抗氧化能力，所述金屬支撐體是以Fe和Cr作為主要成分，以C、Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Y、Al、Ce、La中的一種或多種作為微量元素的不銹鋼合金，包括但不限于SUS430、SUS410、SUS434等牌號(hào)的不銹鋼，所述金屬支撐體的厚度為0.1-2mm，優(yōu)選范圍是0.1-0.5mm，所述金屬支撐體的孔隙率為10-70％，優(yōu)選范圍是30％-50％。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述陽極功能層和陰極功能層的厚度為5-100微米，優(yōu)選范圍是20-50微米，所述陽極功能層和陰極功能層均為多孔結(jié)構(gòu)，所述陽極功能層和所述陰極功能層的孔隙率為10％-70％，優(yōu)選范圍是30％-50％。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述陽極功能層和陰極功能層具有相同或者相似的化學(xué)成分以及氧離子和電子混合電導(dǎo)率，所述陽極功能層和陰極功能層中的金屬支撐體骨架為不銹鋼粉體，所述金屬支撐體骨架為多孔結(jié)構(gòu)，所述電解質(zhì)粉體在陽極功能層和陰極功能層中的體積分?jǐn)?shù)均為5％-90％，優(yōu)選地，體積分?jǐn)?shù)為30％-50％，所述電解質(zhì)粉體包括摻雜的氧化鋯基電解質(zhì)、摻雜的氧化鈰基電解質(zhì)、摻雜的氧化鉍基電解質(zhì)或摻雜的鎵酸鑭基電解質(zhì)粉體中的一種，。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述陽極功能層和陰極功能層的內(nèi)表面均覆蓋有納米催化劑顆粒，所述納米催化劑顆粒與陽極功能層或陰極功能層的重量比為0-50％。