一种固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电解质膜材料领域，具体涉及固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜及其制备方法。所述固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜由如下方法制备得到：（1）将十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉混合均匀，在40～80℃热处理3～5小时；（2）用20～30兆赫兹超声波处理步骤（1）热处理后的产物，超声处理的时间为1～4h；将超声处理后的产物在400～800℃烧制30～180min得到二维纳米云母；（3）将电解质的前驱液与所述二维纳米云母混合后，用0.5～0.8Mpa的压力喷雾沉积到电极阳极基面上；(4)用激光处理步骤（3）得到的沉积膜，得到云母基超薄电解质膜。该电解质膜厚度达到纳米级，具有优异的氧离子的传导性。

Mica based electrolyte membrane for solid oxide fuel cell and preparation method thereof

The invention relates to the field of electrolyte membrane materials, in particular to a mica based electrolyte membrane for solid oxide fuel cells and a preparation method thereof. The mica electrolyte membrane used in the solid oxide fuel cell is prepared by the following methods: (1) mixing the sixteen alkyl ammonium trimethyl ammonium bromide with juicy mica powder and heat treatment at 40~80 C for 3~5 hours; (2) the product after the 20~30 MHz ultrasonic treatment step (1) heat treatment, the ultrasonic treatment time is 1 ~ 4H The product after ultrasonic treatment was burned at 400~800 C for 30 ~ 180min to obtain two-dimensional nanoscale mica; (3) the precursor solution of the electrolyte was mixed with the two dimensional mica and deposited on the anode base surface with a pressure spray of 0.5 ~ 0.8Mpa; (4) the deposition film obtained by the laser treatment step (3) obtained the ultrathin electricity of the mica base. Plasmalemma. The electrolyte film thickness reaches nanometer level, and has excellent conductivity of oxygen ions.

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜及其制备方法
本专利技术涉及电解质膜材料领域，具体涉及固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜及其制备方法。
技术介绍
固体的氧化物燃料电池(solidoxidefuelcells，SOFCs)具有高效率和极好的长期性能稳定性，无需催化剂，也能大幅度削减系统费用。由于采用固体氧化物作为电解质，它无电解液腐蚀等问题；燃料适应性宽，可以使用氢、CO、天然气(甲烷)、煤汽化气、碳氢化合物等作燃料。现有固体氧化物燃料电池大多仍然采用传统的氧化钇稳定氧化锆（YSZ）为电解质，工作温度在750℃～1000℃。在如此高的温度下长时间工作会导致电池各组件材料之间的副反应，电极微结构由于烧结而受到破坏等问题。除此之外，较高的工作温度使得固体氧化物燃料电池各组件可选的材料非常有限，不能采用成本相对低廉的密封和电极材料。采用较薄的电解质膜可以在较低温度下实现氧离子的传导效率，现有电解质膜的形成通常采用电解质以粒子形式制浆，通过流延、丝网印刷等成膜而成，得到的电解质薄膜厚度通常大于10μm，不利于氧离子的高效传导。中国专利申请：200510063146.1公开了一种新型固体氧化物燃料电池(SOFC),更具体而言,本专利技术涉及一种全新结构的、平板式固体氧化物燃料电池(SOFC),本专利技术还涉及相关电池堆制备方法。固体氧化物燃料电池堆,包括按以下顺序重复排列的双极板A、支撑体B、密封材料C、单体电池D、密封材料C、支撑体B、双极板A。中国专利申请：200480030780.9公开了一种可以将离子传导材料通过磺酸基共价交联应用到各种低成本的电解质膜原料，相对于所述原料提高了燃料电池的性能。该提出的方法部分是由于观察到许多芳族和脂族聚合物材料具有作为质子交换膜的很大可能性，如果改性能提高上述材料的物理和化学稳定性，而不会影响电化学性能或显著增加材料成本和生产成本。中国专利申请：200610084561.X公开了一种具有层状结构的质子导电无机材料，其中在具有纳米层间距的无机材料层之间引入具有质子导电性的包含磺酸基的部分，使得包含磺酸基的部分通过醚键直接连接在具有纳米层间距的无机材料上。本专利技术还提供聚合物纳米材料复合膜及采用它的燃料电池，该复合膜包括含有磺酸基部分的无机材料与质子导电聚合物之间的反应产物。聚合物纳米材料复合膜具有质子导电聚合物嵌入到具有层状结构的质子导电无机材料层之间的结构，或者具有将层状结构的质子导电无机材料的剥落产物分散在质子导电聚合物中的结构。聚合物纳米材料复合膜在甲醇溶液中具有可控的溶胀度，并且聚合物纳米材料复合膜的透射率可以降低。该层状结构的质子导电无机材料带有具有质子导电性的磺酸官能团，这增加了聚合物纳米材料复合膜的质子导电性。聚合物纳米材料复合膜可用作燃料电池中的质子导电膜，以提高燃料电池的能量密度和燃料效率。中国专利申请：200410069868.3公开了一种具有层状结构的氢离子导电无机材料，其中在具有纳米层间距的各无机材料层之间，引入包含具有氢离子导电性的官能团的部分。本专利技术还提供聚合物纳米复合膜和采用它的燃料电池，其中所述聚合物纳米复合膜包含氢离子导电无机材料与导电聚合物的反应产物。在聚合物纳米复合膜中，导电聚合物嵌入具有层状结构的氢离子导电无机材料中，或者将通过片状剥落具有层状结构的无机材料而得到的产物分散在导电聚合物中。
技术实现思路
针对以上现有固体氧化物燃料电池电解质膜厚，工作温度高，氧离子传导率低的缺陷，本专利技术的第一个目的是提供一种固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜。为解决上述技术问题，本专利技术的一种固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜由如下方法制备得到：（1）将十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉混合均匀，在40～80℃热处理3～5小时；（2）用20～30兆赫兹超声波处理步骤（1）热处理后的产物，超声处理的时间为1～4h；将超声处理后的产物在400～800℃烧制30～180min得到二维纳米云母；（3）将电解质的前驱液与所述二维纳米云母混合后，用0.5～0.8Mpa的压力喷雾沉积到电极阳极基面上；(4)用激光处理步骤（3）得到的沉积膜，得到云母基超薄电解质膜；其中，电解质的前驱液为YSZ的前驱液、ScSZ的前驱液、GDC的前驱液、氧化铈的前驱液；其中的阳极基面为NiO-YSZ、NiO-ScSZ、NiO-GDC、NiO-SDC、NiO-BaZrO3中的一种。十六烷基三甲溴化铵CTMAB即三甲基十六烷基溴化铵，能溶解细胞膜，是一种阳离子去污剂，具有从低离子强度的溶液中沉淀核酸和酸性多聚糖的特性。本专利技术所述的十六烷基三甲溴化铵可以购买也可合成，其生产方法可以为：由十六醇经溴素溴化后与三甲胺反应生成季铵盐。将三甲胺水溶液投入汽化釜中，加热至沸，产生的三甲胺气体经干燥后用丙酮吸收，在吸收塔中生成三甲胺丙酮溶液，使其进入季铵化釜。然后在搅拌下滴加溴代十六烷，二者摩尔比为1.10︰1。滴加过程中保温30～40℃，滴毕后再保温搅拌1h。冷却结晶，得粗品，用丙酮洗涤，甩干，干燥得十六烷基三甲溴化铵产品。绢云母粉，云母粉的一种，它属于具有层状结构的硅酸盐矿物。云母是分布很广的选盐矿物之一，在三大岩类中均有产出。泥质岩石在低级区域变质过程中可以形成绢云母，变质程度稍高时，成为白云母。酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段，均有大量白云母生成。由高温至中低温的蚀变作用过程中，也能生成。所谓云英岩化是高温蚀变作用之一，能形成大量白云母。所谓绢云母化作用是中低温蚀变作用之一，能形成大量绢云母。白云母风化破碎成极细的鳞片，既可以成为碎屑沉积物中的碎屑，也可以是泥质岩的矿物成分之一。绢云母属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽（白云母呈玻璃光泽），纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等，径厚比>80，比重2.6-2.7，硬度1-3，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。绢云母的测试数据：弹性模量1502-2134MPa，耐热度500-600℃，导热率0.419-0.670W.(m.K)-1，电绝缘性2000kv/mm，抗放射性5*1014热中子/cm2对照度。所述YSZ为氧化钇掺杂的氧化锆，导电能力不是最高，但其抗氧化还原的稳定性好，价廉易得，并且在高温下具有足够高的氧离子导电率、良好的化学稳定性和机械性能。所述ScSZ为氧化钪掺杂氧化锆。优选的，步骤（1）所述十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉的质量比为1～3:2～3。优选的，步骤（1）所述热处理的温度为60～70℃，热处理的时间为4～5小时。优选的，步骤（2）所述超声波为25～28兆赫兹，超声处理的时间为3～4h，超声处理后的产物在600～800℃烧制70～110min。超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜由如下方法制备得到：（1）将十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉混合均匀，在40～80℃热处理3～5小时；（2）用20～30兆赫兹超声波处理步骤（1）热处理后的产物，超声处理的时间为1～4h；将超声处理后的产物在400～800℃烧制30～180min得到二维纳米云母；（3）将电解质的前驱液与所述二维纳米云母混合后，用0.5～0.8Mpa的压力喷雾沉积到电极阳极基面上；(4).用激光处理步骤（3）得到的得到的沉积膜，得到云母基超薄电解质膜；其中，电解质的前驱液为YSZ的前驱液、ScSZ的前驱液、GDC的前驱液、氧化铈的前驱液；其中的阳极基面为NiO‑YSZ、NiO‑ScSZ、NiO‑GDC、NiO‑SDC、NiO‑BaZrO3中的一种。

【技术特征摘要】
1.固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜由如下方法制备得到：（1）将十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉混合均匀，在40～80℃热处理3～5小时；（2）用20～30兆赫兹超声波处理步骤（1）热处理后的产物，超声处理的时间为1～4h；将超声处理后的产物在400～800℃烧制30～180min得到二维纳米云母；（3）将电解质的前驱液与所述二维纳米云母混合后，用0.5～0.8Mpa的压力喷雾沉积到电极阳极基面上；(4).用激光处理步骤（3）得到的得到的沉积膜，得到云母基超薄电解质膜；其中，电解质的前驱液为YSZ的前驱液、ScSZ的前驱液、GDC的前驱液、氧化铈的前驱液；其中的阳极基面为NiO-YSZ、NiO-ScSZ、NiO-GDC、NiO-SDC、NiO-BaZrO3中的一种。2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，步骤（1）所述十六烷基三甲溴化铵与娟云母粉的质量比为1～3:2～3。3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，步骤（1）所述热处理的温度为60～70℃，热处理的时间为4～5小时。4.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，步骤（2）所述超声波为25～28兆赫兹，超声处理的时间为3～4h，超声处理后的产物在600～800℃烧制70～110min。5.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，步骤（3）所述电解质的前驱液与所述二维纳米云母的重量比为3～7:1～2。6.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池用云母基电解质膜，其特征在于，步骤（3）所述压力为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51