稀土陶瓷膜及其制备方法、稀土陶瓷膜电化学制氧结构技术

本发明专利技术提供了一种稀土陶瓷膜及其制备方法，该稀土陶瓷膜包括电解质膜片，所述电解质膜片包括相对的第一表面和第二表面；所述电解质膜片上设置有贯穿所述电解质膜片的第一表面和第二表面的第一孔；在所述第一表面上设置有与所述第一孔连通的第一管道；设置于电解质膜片第一表面上的阴极膜；设置于电解质膜片第二表面上的阳极膜；其中，构成所述电解质膜片的电解质材料在600℃时的电导率不小于0.002S/cm，在700℃时的电导率不小于0.005S/cm。如此，稀土陶瓷膜可以在700℃以下的中低温度下制氧，降低制氧成本。此外，本发明专利技术还提供了包含该稀土陶瓷膜的电化学制氧结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用稀土陶瓷膜制备高纯氧气
，尤其涉及一种稀土陶瓷膜，以及包含该稀土陶瓷膜的电化学制氧结构。
技术介绍
氧气制造技术广泛应用于工业生产、医疗和日常生活中。目前，氧气制造方法包括物理方法、化学方法和电化学方法。其中，物理方法包括空气液化法、变压吸附法和膜分离法；化学方法例如为过氧化物分解，电化学方法包括隔膜电解水法、以空气电极为阴极的无氢电化学制氧方法、利用稀土陶瓷材料电化学制氧方法。其中，利用稀土陶瓷材料电化学制氧技术，可以把氧气从空气或其它含氧气体中分离处理，生成高纯氧气。与物理制氧技术相比，利用稀土陶瓷材料电化学制氧技术具有设备占地面积小、氧气纯度高、生产规模灵活多变等突出优点；与其它电化学制氧技术相比，利用稀土陶瓷材料制氧技术具有全固态结构、电能效率高和易获得纯氧等特点。稀土陶瓷电化学制氧单元的核心部件是两相对表面涂覆电极材料的固体氧化物电解质膜片。其中，固体氧化物电解质由于存在氧空位、具有传导氧负离子O2的功能。当两电极通电时，氧气分子在阴极还原成O2，O2通过电解质膜片传质到达阳极，在阳极，O2氧化成02，阴极区连续通入空气或其它含氧气体则在阳极区连续不断地产生氧气，而其它气体或离子不能透过电解质膜片。然而，现有的稀土陶瓷膜电化学制氧结构要么其结构不方便改变制氧速率，要么需要在温度例如高于800°C的条件下才能制氧，由此导致稀土陶瓷膜电化学制氧结构的成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的第一方面提供了一种稀土陶瓷膜，以实现稀土陶瓷膜可以在中低温的条件下进行制氧，进而降低成本。基于本专利技术的第一方面，本专利技术的第二方面提供了一种包含该稀土陶瓷膜的稀土陶瓷膜电化学制氧结构，以实现方便调整电化学制氧结构的制氧速率，降低成本。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案:一种稀土陶瓷膜，包括:电解质膜片，所述电解质膜片包括相对的第一表面和第二表面；所述电解质膜片上设置有贯穿所述电解质膜片的第一表面和第二表面的第一孔；设置于电解质膜片第一表面上的阴极膜；设置于电解质膜片第二表面上的阳极膜；其中，构成所述电解质膜片的电解质材料在600°C时的电导率不小于0.002S/cm,在700°C时的电导率不小于0.005S/cm。一种稀土陶瓷膜的制备方法，包括:采用电解质材料形成电解质膜片；所述电解质膜片包括相对的第一表面和第二表面；所述电解质膜片上设置有贯穿电解质膜片第一表面和第二表面的第一孔；在所述电解质膜片第一表面上形成阴极膜，在所述电解质膜片第二表面上形成阳极膜；其中，所述电解质材料在600°C时的电导率不小于0.002S/cm,在700°C时的电导率不小于0.005S/cm。一种稀土陶瓷膜的制备方法，包括:采用电极材料形成阳极膜，所述阳极膜包括相对的第一表面和第二表面，所述阳极膜上设置有贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔；在所述阳极膜的第一表面上形成电解质膜片；在所述电解质膜片上形成阴极膜。一种稀土陶瓷膜电化学制氧结构，包括至少一个制氧单元，所述制氧单元包括:稀土陶瓷膜、第一连接板和第二连接板；所述稀土陶瓷膜采用上述任一项所述的稀土陶瓷膜的结构；所述第一连接板包括相对的第一表面和第二表面，所述第一连接板上设置有贯穿第一连接板第一表面和第二表面的第二孔，所述第一连接板第一表面上设置有与所述第二孔连通的第二管道；所述第一连接板的第一表面与所述阴极膜相对，所述第一连接板与所述稀土陶瓷膜之间形成非密封空间区域；所述第二管道与所述第一管道密封连接；所述第二连接板包括相对的第一表面和第二表面，所述第二连接板的第二表面与所述阳极膜相对；所述第二连接板与所述稀土陶瓷膜之间形成密封空间区域。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供的稀土陶瓷膜，为层状结构，其包括电解质膜片以及位于电解质膜片第一表面的阴极膜和位于电解质膜片第二表面的阳极膜。其中，构成电解质膜片的电解质材料在600°C时的电导率不小于0.002S/cm，在700°C时的电导率不小于0.005S/cm。如此，稀土陶瓷膜能够在700°C以下的中低温条件下进行高速制氧，相较于现有技术的稀土陶瓷膜电化学制氧结构，包含本专利技术提供的稀土陶瓷膜电化学制氧结构成本较低。而且，由于稀土陶瓷膜为层状结构，可以通过改变稀土陶瓷膜的膜面积，串联和/或并联多个稀土陶瓷膜，可以方便地改变电化学制氧结构的制氧速率，因而，通过本专利技术提供的稀土陶瓷膜，能够方便地获取到所需制氧速率的电化学制氧结构。【附图说明】为了清楚地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对描述本专利技术的【具体实施方式】时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本专利技术实施例的部分附图，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。图1A和图1B分别为是本专利技术实施例一提供的从阳极侧观察和从阴极侧观察得到的稀土陶瓷膜的分解结构示意图；图2是本专利技术实施例一提供的稀土陶瓷膜的剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例一提供的电解质膜片第一表面的一种平面结构示意图；图4是本专利技术实施例一提供的稀土陶瓷膜的一种制备方法流程示意图；图5是本专利技术实施例一提供的稀土陶瓷膜的另一种制备方法流程示意图；图6A和图6B分别为是本专利技术实施例二提供的从阳极侧观察和从阴极侧观察得到的稀土陶瓷膜的分解结构示意图；图7是本专利技术实施例二提供的稀土陶瓷膜的一种制备方法流程示意图；图8是本专利技术实施例二提供的稀土陶瓷膜的另一种制备方法流程示意图；图9是本专利技术实施例三提供的稀土陶瓷膜电化学制氧结构的剖面结构图；图1OA为本专利技术实施例三提供的从阴极侧观察到的第一连接板的立体结构示意图；图1OB为从阴极侧观察到的沿图1OA中的A-A’切开后的第一连接板的立体结构不意图；图1OC为本专利技术实施例三提供的第一连接板的第一表面平面结构示意图图1OD为沿图1OC中的A-A’的横截面结构示意图；图11是本专利技术实施例三提供的第二连接板的第二表面平面结构示意图；图12A是本专利技术实施例三提供的封接条的结构示意图；图12B本专利技术实施例三提供的封接环的结构示意图；图12C本专利技术实施例三提供的管形封接环的结构示意图；图13是本专利技术实施例四提供的制氧单元串联形成的电化学制氧结构的结构示意图；图14A是为本专利技术实施例四提供的从阳极侧观察到的第三连接板的立体结构示意图；图14B为从阳极侧观察到的沿图14A中的A_A’切开后的第三连接板的立体结构不意图；图15A和图15B分别为从阳极侧和从阴极侧观察到的多个制氧单元串联结构的立体结构示意图；图16是本专利技术实施例四提供的制氧单元串联加并联形成的电化学制氧结构的结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、效果以及技术方案更加清楚完整，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行描述。首先介绍本专利技术实施例提供的稀土陶瓷膜的具体结构。请参见实施例一。实施例一为了更加清楚地理解稀土陶瓷膜的结构，下面结合其分解结构示意图和剖面示意图详细介绍稀土陶瓷膜的结构。图1A和图1B分别为是本专利技术实施例一提供的从阳极侧观察和从阴极侧观察得到的稀土陶瓷膜的分解结构示意图，图2是本专利技术实施例提供的稀土陶瓷膜的剖面结构示意图。如图1A、图1B和图2所示，该稀土陶瓷膜包括:电解质膜片101 ；所述电解质膜片101包括相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土陶瓷膜，其特征在于，包括：电解质膜片，所述电解质膜片包括相对的第一表面和第二表面；所述电解质膜片上设置有贯穿所述电解质膜片的第一表面和第二表面的第一孔；设置于电解质膜片第一表面上的阴极膜；设置于电解质膜片第二表面上的阳极膜；其中，构成所述电解质膜片的电解质材料在600℃时的电导率不小于0.002S/cm，在700℃时的电导率不小于0.005S/cm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫慧忠，琚建勇，郝先库，张瑞祥，肖锐，申孟林，张立业，
申请(专利权)人：天津包钢稀土研究院有限责任公司，包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12