The invention discloses a method for secondary modification and densification of oxide ceramic film. On the incompletely dense oxide ceramic matrix, the pore interface of the incompletely dense oxide ceramic film was modified by using the second phase solution treatment, capillary filling and low temperature sintering aids, and then the film was densified by secondary sintering to improve the performance. The dense ceria-based ceramic thin films prepared by this method are used in solid oxide fuel cells to stabilize the isolation layer between zirconia-based electrolytes and porous cathodes and to block the high temperature reaction between electrolyte materials and cathode materials. The dense zirconia-based ceramic film prepared by this method is applied to the electrolyte of solid oxide fuel cell to optimize the performance of the battery.
【技术实现步骤摘要】
一种氧化物陶瓷薄膜二次修饰致密化的方法
本专利技术涉及一种氧化物陶瓷薄膜二次修饰致密化的方法,用于固体氧化物燃料电池领域。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效和环境友好的电化学发电装置。氧化锆基电解质如氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)和氧化铈稳定氧化锆(CSZ)是固体氧化物燃料电池常用的电解质材料,但氧化锆基电解质易与钙钛矿型阴极如L0.6S0.4C0.2F0.8O3-σ(LSCF)、La0.5Sr0.5CoO3-σ(LSC)和Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-σ(BSCF)等发生反应生成绝缘相锆酸镧(La2Zr2O7)和锆酸锶(SrZrO3)。目前,常用来阻止氧化锆基电解质与钙钛矿型阴极反应的方法是在氧化锆基电解质与钙钛矿型阴极之间加入一层氧化铈基陶瓷薄膜,如氧化钆掺杂氧化铈(GDC)、氧化钐掺杂氧化铈(SDC)、氧化钇掺杂氧化铈(YDC)和氧化镨掺杂氧化铈(PDC)等等。氧化铈基陶瓷材料与多种阴极材料的化学稳定性和热膨胀性比氧化锆基陶瓷材料要优异很多,且氧化铈基陶瓷材料与钙钛矿型阴极都能保持很好的稳定性。但氧化铈基陶瓷薄膜很难烧结致密,通过传统方法烧结的GDC在1550℃才能获得95%以上的致密度。此外,当氧化铈基陶瓷材料与氧化锆基陶瓷材料单独作为电解质薄膜时,在烧结制备过程中也存在不完全致密的情况;用在SOFC中会导致电池漏电,造成电池开路电压下降和发电效率下降,重新制备成本较高。因此,迫切需要发展低成本的氧化铈与氧化锆陶瓷薄膜(隔离层、电解质等)的二次修复致密化技术。韩敏芳课题组在专利技术专利(专 ...
【技术保护点】
1.一种氧化物陶瓷薄膜二次修饰致密化的方法,所述方法如下:针对氧化物陶瓷薄膜完全致密化的难点,首先在优化的烧结温度下尽量获得较致密薄膜(例如致密度90%左右),通过第二相溶液处理,利用毛细作用填隙,引入低温助烧剂,对未完全致密的氧化物陶瓷薄膜进行孔隙界面修饰,再经过二次烧结实现薄膜致密化。
【技术特征摘要】
2018.10.30 CN 20181127829491.一种氧化物陶瓷薄膜二次修饰致密化的方法,所述方法如下:针对氧化物陶瓷薄膜完全致密化的难点,首先在优化的烧结温度下尽量获得较致密薄膜(例如致密度90%左右),通过第二相溶液处理,利用毛细作用填隙,引入低温助烧剂,对未完全致密的氧化物陶瓷薄膜进行孔隙界面修饰,再经过二次烧结实现薄膜致密化。2.根据权利要求1所述,氧化物陶瓷薄膜主要针对氧化铈基陶瓷薄膜和氧化锆基陶瓷薄膜,主要应用于固体氧化物燃料电池,氧化锆基陶瓷薄膜和氧化铈基陶瓷薄膜分别作电池电解质和隔离层。所述,氧化铈基陶瓷薄膜包括:氧化钆掺杂氧化铈(GDC)、氧化钐掺杂氧化铈(SDC)、氧化钇掺杂氧化铈(YDC)、氧化镨掺杂氧化铈(PDC)等,氧化锆基陶瓷薄膜包括:氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)、氧化铈稳定氧化锆(CSZ)等。3.根据权利要求1所述,浸渍修饰液包括三种:一种是具有填隙作用的氧化物陶瓷相应的硝酸盐,如Zr(NO3)4·5H2O+(Y、Sc)(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O+(Gd、Sm、Y)(NO3)3·6H2O溶液;另一种是作低温助烧剂使用的金属硝酸盐,如Li、Na、Mg、Ca、Co、Fe、Cu、Zn、Bi、Ni、In、Mn和Al等的硝酸盐溶液;第三种是同时具有填隙与低温助烧作用的修饰液,氧化物陶瓷相应的硝酸盐加金属硝酸盐,如Ce(NO3)3·6H2O+(Gd、Sm、Y)(NO3)3·6H2O+(Li、Na、Mg、Ca、Co、Fe、Cu、Zn、Bi、Ni、...
【专利技术属性】
技术研发人员:韩敏芳,王桂芸,朱腾龙,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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