钙钛矿氧化物薄膜及其制备方法和可逆固体氧化物电池技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿氧化物薄膜及其制备方法和可逆固体氧化物电池

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿氧化物薄膜及其制备方法和可逆固体氧化物电池


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电池的
，特别是涉及一种钙钛矿氧化物薄膜及其制备方法和可逆固体氧化物电池
。

技术介绍

[0002]可逆固体氧化物电池（
Reversible solid oxide cells, RSOC
）作为一种全固态的能量转换装置，能够实现化学能和电能互转，具有能量转化效率高
、
环境友好
、
噪音低和可靠性强等优点，被认为是最有应用前景的能量转化器件
。RSOC
主要由氢电极层
、
电解质层和氧电极层等组件构成，其中，氧电极层上主要发生氧气的氧化还原反应，是影响
RSOC
性能的关键组件
。
[0003]钙钛矿氧化物材料具有混合导电性，即同时具备离子导电性和电子导电性，被认为是一类高效的氧电极材料
。
在
RSOC
中，氧电极层的制备方法包括以下步骤：1）高温合成粉末状的钙钛矿氧化物材料；2）通过成型和烧结处理，将粉末状的钙钛矿氧化物材料制成氧电极层
。
这种制备方法不仅能耗高
、
污染性大，而且难以控制氧电极层的微观结构，氧电极层的孔隙率低，氧电极层与电解质层结合不牢固，导致
RSOC
性能不够理想
。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种钙钛矿氧化物薄膜及其制备方法和可逆固体氧化物电池，以克服传统的氧电极的制备方法不仅能耗高
、
污染性大，而且难以控制氧电极层的微观结构，氧电极层的孔隙率低，氧电极层与电解质层结合不牢固，导致
RSOC
性能不够理想的问题
。
[0005]本专利技术的上述目的是通过如下技术方案进行实现的：
[0006]本专利技术第一方面，提供一种钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]在基底上形成铁基前驱体薄膜，所述铁基前驱体薄膜具有预设微纳结构；
[0008]将含有镧源
、
锶源和熔盐的粉料覆盖于所述铁基前驱体薄膜之上，进行烧结处理，得钙钛矿氧化物薄膜
。
[0009]在其中一个实施例中，所述铁基前驱体薄膜具有纳米线阵列结构和
/
或纳米片阵列结构
。
[0010]在其中一个实施例中，所述铁基前驱体薄膜的成分包括羟基氧化铁
、
氢氧化铁
、
氧化铁和四氧化三铁中的一种或多种
。
[0011]在其中一个实施例中，所述铁基前驱体薄膜的成分还包括钴元素
、
钛元素
、
钒元素
、
铬元素
、
锰元素
、
镍元素和铜元素中的一种或多种
。
[0012]在其中一个实施例中，在基底上形成铁基前驱体薄膜的方法包括水热法
、
溶剂热法和气相沉积法中的一种或多种
。
[0013]在其中一个实施例中，所述粉料满足以下条件中的一个或多个：
[0014]（1）所述粉料中的镧元素和锶元素与所述铁基前驱体薄膜中的铁元素的摩尔比为
（1‑
x
）：
x
：
y
，其中，
0≤x<1
，
0<y≤1
；
[0015]（2）所述镧源和所述锶源的总质量与所述熔盐的质量的比为（
1~5
）：（
1~5
）；
[0016]（3）所述镧源包括氧化镧
、
氯化镧
、
硝酸镧
、
碳酸镧
、
硫酸镧和氢氧化镧中的一种或多种；
[0017]（4）所述锶源包括氧化锶
、
氯化锶
、
硝酸锶
、
碳酸锶
、
硫酸锶和氢氧化锶中的一种或多种；
[0018]（5）所述熔盐包括氯化盐
、
硝酸盐和碳酸盐中的一种或多种
。
[0019]在其中一个实施例中，使含有镧源
、
锶源和熔盐的粉料覆盖于所述铁基前驱体之上的方法包括喷涂法
、
滴涂法和浸渍法中的一种或多种
。
[0020]在其中一个实施例中，所述烧结处理满足以下条件中的一个或多个：
[0021]（1）烧结温度为
500℃~900℃
；
[0022]（2）保温时间为
1h~5h。
[0023]本专利技术第二方面，提供一种钙钛矿氧化物薄膜，其采用上述所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法制得
。
[0024]本专利技术第三方面，提供一种可逆固体氧化物电池，其含有上述所述的钙钛矿氧化物薄膜
。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术以具有预设微纳结构的铁基前驱体薄膜为模板，并与熔盐法相结合，实现了钙钛矿氧化物薄膜的直接原位合成，不仅使得钙钛矿氧化物薄膜与基底能够牢固结合，减少了界面传输阻抗，而且钙钛矿氧化物薄膜的微观结构易于调控，孔隙率相较于传统方法所制备的薄膜更高，有利于增加催化活性位点数目和改善反应物传质过程
。
此外，钙钛矿氧化物薄膜能够一次烧结成型，可不使用络合剂
、
造孔剂
、
分散剂和粘结剂等有机添加剂，可不经过粉末合成
、
浆料制备和印刷成型等复杂工序，污染少，能耗低，方法简单，易于实现，非常适于大规模产业化生产
。
附图说明
[0027]图1为两种钙钛矿氧化物薄膜的结构对比图；
[0028]图2为实施例1的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法的流程示意图；
[0029]图3为实施例
2~4
的钙钛矿氧化物薄膜的实物图；
[0030]图4为实施例1的钙钛矿氧化物薄膜的
SEM
图；
[0031]图5为实施例2的钙钛矿氧化物薄膜的
SEM
图；
[0032]图6为实施例5的钙钛矿氧化物薄膜的
SEM
图；
[0033]图7为对比例1的钙钛矿氧化物薄膜的
SEM
图；
[0034]图8为实施例2的钙钛矿氧化物薄膜的
XRD
图；
[0035]图9为实施例5的钙钛矿氧化物薄膜的
XRD
图；
[0036]图
10
为实施例6的钙钛矿氧化物薄膜的
XRD
图；
[0037]图
11
为实施例2和对比例1的钙钛矿氧化物薄膜与基底的结合强度对比图；
[0038]图
12
为实施例
2、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基底上形成铁基前驱体薄膜，所述铁基前驱体薄膜具有预设微纳结构；将含有镧源
、
锶源和熔盐的粉料覆盖于所述铁基前驱体薄膜之上，进行烧结处理，得钙钛矿氧化物薄膜
。2.
如权利要求1所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述铁基前驱体薄膜具有纳米线阵列结构和
/
或纳米片阵列结构
。3.
如权利要求2所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述铁基前驱体薄膜的成分包括羟基氧化铁
、
氢氧化铁
、
氧化铁和四氧化三铁中的一种或多种
。4.
如权利要求3所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述铁基前驱体薄膜的成分还包括钴元素
、
钛元素
、
钒元素
、
铬元素
、
锰元素
、
镍元素和铜元素中的一种或多种
。5.
如权利要求3所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，在基底上形成铁基前驱体薄膜的方法包括水热法
、
溶剂热法和气相沉积法中的一种或多种
。6.
如权利要求
1~5
任一项所述的钙钛矿氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，所述粉料满足以下条件中的一个或多个：（1）所述粉料中的镧元素和锶元素与所述铁基前驱体薄膜中的铁元素的摩尔比为（1‑
x
）：
x
：
y
，其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：杨怡萍，王之桀，潘军，林逍，黄旭锐，雷金勇，关成志，唐渊，张林娟，廖梓豪，于丰源，杨瑛，区定容，王建强，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：