一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池技术

本发明专利技术提供了一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池，该方法包括：先通过预烧结除去电解质层中溶剂和部分粘结剂；接着，在电解质层上加传压介质层，随后以该传压介质层为媒介，对电解质层施压；再结合烧结致密化处理，最后即可得到致密的电解质薄膜。本发明专利技术提供的方法，在除去电解质中的溶剂和部分粘接剂的基础上，结合增设的传压介质层，即可实现通过常规施压装置(如压力机或辊压机)对电解质层进行预压辅助烧结的均匀致密化处理。因此，本发明专利技术提供的制备方法，既可得到均匀致密的电解质薄膜，又简化了加压工艺，降低了制造成本，因而，该方法具有极高的商业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池生产设备
，特别是涉及一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell,SOFC)作为一种新型的电化学发电装置，具有很大的应用前景。具体表现为：首先，SOFC具有较高的单位体积能效和体积能量密度，可以实现大功率和高效发电，若热电联供，其能量转化效率可达80％以上；其次，SOFC具有低污染的特征，其环境友好；同时，SOFC的能源适应性好，可直接使用天然气、石油液化气、煤气等碳氢化合物燃料气。固体氧化物燃料电池由阳极(燃料极)、阴极(空气极)及电解质组成。固体氧化物燃料电池主要有管式和平板式两种结构。传统的陶瓷支撑结构存在结构脆弱、价格昂贵，导热性能差等问题，而随着SOFC朝着低温化方向发展，这一趋势驱动着SOFC由原来传统的陶瓷支撑结构(阴极支撑、阳极支撑以及电解质支撑)向金属支撑结构发生转变。在金属支撑型电池设计中，可将其他功能层薄膜化，控制电极厚度仅为电化学反应所必须的最低要求即可。其中，支撑层使用廉价的多孔金属制备，电化学功能层直接制备到金属支撑体上。该结构具有的优点包括：成本低；启动迅速，可应用于移动领域；可加工性好；密封方便，利用成熟的金属材料密封技术，能够解决传统SOFC的封装困难的问题。因此，金属支撑型SOFC又被视为第三代SOFC，有望替代传统的电极或电解质支撑型SOFC。然而，金属支撑型SOFC复杂的制备工艺及苛刻的制备条件一直是研究人员所面临的最大挑战之一。其中，电解质致密化制备工艺是当前SOFC研究的重点，也是金属支撑型SOFC制备所面临的最关键的问题之一。虽然，随着薄膜成型技术的发展，像真空等离子喷涂、脉冲激光沉积、大气等离子喷涂等技术在金属支撑型SOFC的制备中得到了较为广泛的应用，由于这些工艺能够在无需高温烧结的情况下制得具有较高的致密度的电解质，这便在很大程度上克服了传统SOFC制备工艺电解质难以致密化的难题。但是，这些制备技术因为其高成本以及复杂的工艺，难于进一步开展商业化发展和规模化生产。而传统的湿化学法制备电池一直以它的低成本、工艺简单和可商业化生产等优势，受到多数研究者的青睐，然而在金属支撑型SOFC上利用湿化学法制备电池时，烧结过程中存在无法实现有效的横向收缩，电解质难烧致密。因此，针对金属支撑型SOFC的电解质薄膜在致密化制备过程中存在的制备工艺难度较高、投资成本大、致密结构难实现等问题，本领域亟需一种新的制备电解质薄膜的方法，以满足市场需求。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池。该方法利用压力辅助的方式实现在金属支撑体上直接制备致密的电解质薄膜，能够解决电解质薄膜烧结致密化问题，同时降低烧结温度，简化烧结工艺，降低烧结成本，进一步实现商业化应用。其中，压力辅助的方式，是指：在电解质浆料层烧结之前进行预压，然后基于预压达到的电解质层初步致密的结果，再结合烧结处理，以实现对电解质薄膜的致密化处理的方式。第一方面，本专利技术提供了一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法，所述方法包括：步骤1，在金属多孔支撑体的表面制备多孔阳极层；步骤2，在所述多孔阳极层上流延电解质浆料，形成电解质浆料层；其中，所述电解质浆料中包含有电解质粉末、溶剂和粘结剂；步骤3，除去所述电解质浆料层中的溶剂和部分粘结剂，得到电解质粉末层；步骤4，在所述电解质粉末层的表面设置传压介质层；步骤5，通过在所述传压介质层表面施加压力，对所述电解质粉末层进行预压处理；其中，所述施加压力的方向，垂直于传压介质层的层表面；步骤6，通过烧结操作，将预压处理后的电解质浆料层烧结成致密的电解质薄膜。可选地，在所述步骤3中，所述除去的操作包括：对所述电解质浆料层进行加热；其中，加热温度为200-400℃，加热的保温时长为0.5-1h；在所述电解质粉末层中，粘结剂的含量为10％-30％。可选地，在所述步骤4中，所述传压介质层的材料为薄膜材料或粉末材料；其中，所述薄膜材料为可通过机械去除方式、物理去除方式或化学去除方式去除的薄膜材料；所述粉末材料为可通过物理去除方法或化学去除方式去除的粉末材料。可选地，所述薄膜材料包括聚丙烯流延薄膜、高压聚乙烯薄膜、聚酰胺薄膜中的任意一种；所述粉末材料包括聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、碳酸氢铵、淀粉、氯化钠、蔗糖中的任意一种。可选地，所述薄膜材料的厚度为0.5mm-3mm；所述粉末材料的粉末粒度均匀，且粉末粒度为0.1-10μm。可选地，在所述步骤5中，所述施加压力的压力大小为100MPa-400MPa。可选地，在所述步骤5中，所述施加压力的方式为：采用压力机或辊压机，在所述传压介质层表面直接施压。可选地，在所述步骤6中，所述烧结操作还用于去除所述薄膜材料或粉末材料。可选地，在所述步骤1中，所述金属支撑体为由粉末冶金或打孔而成的多孔金属薄板；所述多孔金属薄板的孔隙率为15％-60％，孔隙大小为0.1μm-10μm；所述多孔金属薄板的承压力大于200MPa；所述多孔阳极层为未烧结处理的多孔阳极层或烧结处理后的多孔阳极层；所述多孔阳极层的厚度为10μm-50μm。第二方面，本专利技术提供了一种电池/电解池，所述电池/电解池的结构中包含有通过上述第一方面所述方法制备的电解质薄膜。本专利技术提供了一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法、电池/电解池，其利用加压的方式在金属支撑体上用湿化学法制备电池，解决了电解质层难致密问题。该方法包括：步骤1，在金属多孔支撑体的表面制备多孔阳极层；步骤2，在多孔阳极层上流延电解质浆料，形成电解质浆料层；其中，电解质浆料中包含有电解质粉末、溶剂和粘结剂；步骤3，除去电解质浆料层中的溶剂和部分粘结剂，得到电解质粉末层；步骤4，在电解质粉末层的表面设置传压介质层；步骤5，通过在传压介质层表面施加压力，对电解质粉末层进行预压处理；其中，施加压力的方向，垂直于传压介质层的层表面；步骤6，通过烧结操作，将预压处理后的电解质浆料层烧结成致密的电解质薄膜。本专利技术提供的方法具有以下有益效果：1、本专利技术提供的方法，基于金属多孔支撑体受压力好的特征，通过加压辅助烧结的方式，实现对电解质层的致密化处理。2、本专利技术提供的方法，通过预留电解质浆料中的部分粘结剂，一方面，使得在加压的过程中所形成的电解质薄膜不脱落，另一方面，使得在加压过程中，电解质粉末可以有效地粘结在一起，形成薄膜整体。3、本专利技术提供的方法，通过在电解质粉末层的表面增加传压介质层，不仅可以避免施压过程中，施压装置对电解质粉末层造成的直接影响，还可以将施压装置施加的压力均匀地传输到电解质粉末层，实现对电解质粉末层进行整体的均匀施压，以确保电解质层中各处的致密度一致。因此，基于该增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1，在金属多孔支撑体的表面制备多孔阳极层；/n步骤2，在所述多孔阳极层上流延电解质浆料，形成电解质浆料层；其中，所述电解质浆料中包含有电解质粉末、溶剂和粘结剂；/n步骤3，除去所述电解质浆料层中的溶剂和部分粘结剂，得到电解质粉末层；/n步骤4，在所述电解质粉末层的表面设置传压介质层；/n步骤5，通过在所述传压介质层表面施加压力，对所述电解质粉末层进行预压处理；其中，所述施加压力的方向，垂直于传压介质层的层表面；/n步骤6，通过烧结操作，将预压处理后的电解质浆料层烧结成致密的电解质薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种预压辅助烧结制备电解质薄膜的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，在金属多孔支撑体的表面制备多孔阳极层；
步骤2，在所述多孔阳极层上流延电解质浆料，形成电解质浆料层；其中，所述电解质浆料中包含有电解质粉末、溶剂和粘结剂；
步骤3，除去所述电解质浆料层中的溶剂和部分粘结剂，得到电解质粉末层；
步骤4，在所述电解质粉末层的表面设置传压介质层；
步骤5，通过在所述传压介质层表面施加压力，对所述电解质粉末层进行预压处理；其中，所述施加压力的方向，垂直于传压介质层的层表面；
步骤6，通过烧结操作，将预压处理后的电解质浆料层烧结成致密的电解质薄膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述除去的操作包括：对所述电解质浆料层进行加热；其中，加热温度为200-400℃，加热的保温时长为0.5-1h；
在所述电解质粉末层中，粘结剂的含量为10％-30％。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述传压介质层的材料为薄膜材料或粉末材料；
其中，所述薄膜材料为可通过机械去除方式、物理去除方式或化学去除方式去除的薄膜材料；
所述粉末材料为可通过物理去除方法或化学去除方式去除的粉末材料。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述薄膜材料包括聚丙烯流延薄膜、高压聚乙烯薄膜、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成新，李娇苏，康思远，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61