【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体氧化物燃料电池/电解池领域，具体涉及一种制备固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法，特别是低压浸涂制备多孔电极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法。
技术介绍
1、质子导电陶瓷电池(pccs，包括质子导体燃料电池和质子导体电解池)在过去四十年中越来越受到人们的关注，它可以实现仅在一个电化学装置中通过燃料电池模式和电解模式实现可再生电能和氢气之间的互相转化。与运行温度高于750℃的固体氧化物电池(socs：包括sofcs和soecs)相比，pccs具有较低的质子传导活化能，并且可以在较低的温度范围(400-600℃)下运行，这有助于减缓腐蚀速率并降低设备成本。然而，受固体氧化物质子导体电解质材料稳定性和质子导电性的限制，pccs的发展远远落后于socs。因此，为了提高pccs的性能，人们开发了各种先进的电解质材料，比如钇和镱共掺杂的钡锆酸盐固溶体陶瓷(bczyyb4411)就是一种具有良好的质子导电性和化学稳定性的钙钛矿质子导电电解质。
2、众所周知，电池整体的欧姆电阻主要受电解质层欧姆电阻影响。电解质层越薄，电池整体欧姆电阻越小。所有为了获得高性能固体氧化物质子导体陶瓷电池，人们开发了多种不同的技术，以制备多孔电极支撑的厚度低于30μm的电解质结构。第一类方法是干压和共压工艺，优点是所需步骤最少和设备最便宜，但它们存在重复性差，难以制备厚度均匀的薄而平整的电解质层的缺点。第二类制造薄而致密电解质层的方法是基于等离子体或激光的技术，如热溅射、热喷涂和脉冲激光沉积。然而，这些技术都需要特殊且昂贵的设备，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种通过低压浸涂电解质浆料制备多孔电极支撑型的固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法，本专利技术涉及的方法操作简便，广泛适用于燃料电池/电解池领域各种电解质薄层制备，采用本专利技术方法制备的固体氧化物质子导体电解质薄膜为基础制备的单电池重复性高，性能优异，适用于工业放大。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种低压浸涂制备多孔电极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法，是通过首先预烧多孔电极支撑层，然后将其悬挂于配置好的电解质浆料中，最后通过降低容器内气体压力，促进多孔支撑层气体排除，使得电解质浆料牢牢吸附在支撑层表面，制备成均匀涂覆的质子导体电解质薄膜，其主要步骤如下：
3、(1)制备多孔电极支撑层
4、首先按照化学计量比计算固体氧化物质子导体电解质粉体所需原料粉体的质量，将电解质原料粉体、氧化镍和8-30μm球型石墨或者淀粉造孔剂按照重量比电解质粉体a％：氧化镍b％：球型石墨或者淀粉造孔剂c％的比例混合放入球磨罐中并添加适量无水乙醇或异丁醇作为溶剂，将粉体混合为糊状，其中a＝25-40，b＝40-65，c＝10-20。然后放入球磨机并以1800-600rpm的转速球磨2-48h。然后将粉体取出并放入烘箱75-120℃烘干 3-12h。将烘干过的阳极混合粉体，加入适量pva搅拌均匀并且样态为干糊状，烘干研磨。然后使用压片机压制固体氧化物质子导体电极支撑层，将球磨过的电解质粉体倒入模具并在200-388mpa压力下保压1-3min，制成支撑电极片。将压好的含有造孔剂的支撑层片放入马弗炉中在800-1200℃下预烧2-5h，形成多孔的电极支撑层(多孔氢气极支撑层)。
5、(2)低压浸涂质子导体电解质薄膜
6、首先按照化学计量比计算电解质粉体所需原料粉体的质量，将质子导体电解质原料粉体放入球磨罐，并添加适量无水乙醇作为溶剂，放入球磨机以180-250rpm的转速球磨2-48h。然后将粉体取出并放入烘箱75-120℃烘干3-12h。然后将电解质粉体与适量三乙醇胺(分散剂)，无水乙醇(溶剂)和丁酮(溶剂)混合后以180-250rpm转速球磨 2-24h，之后继续向球磨罐中加入适量邻苯二甲酸丁苄酯(塑化剂)和适量聚乙烯醇缩丁醛(pvb，粘结剂)继续球磨2-24h，即可得到配制好的电解质粉体浆料；其中配置电解质粉体浆料中各组分的质量百分含量为：电解质粉体5.5-23％，三乙醇胺1-3％，无水乙醇50-60％，丁酮20-30％，邻苯二甲酸丁苄酯3-5％，聚乙烯醇缩丁醛3-5％。将电解质浆料倒入到容器中，再把步骤(1)预烧好的多孔氢气极支撑层悬挂在电解质浆料中，盖好胶塞。然后通过真空循环水泵和两个截止阀控制瓶内压力为-0.04--0.06mpa，持续浸涂0.5-3min，然后断开真空循环水泵，关闭容器口的截止阀并保压1-3min，之后将片取出放在空气中晾干或者在烘箱60-100℃下烘干，即可得到两面浸涂电解质薄层的的质子导体薄膜。随后放入高温马弗炉中1400-1500℃煅烧5-18h后，将半电池底部打磨减薄即可获得多孔电极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜，作为半电池用于制备燃料电池/电解池。
7、采用本专利技术方法制备的多孔氢气极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜致密，无穿孔，厚度可自由调节，质子电导率高，欧姆电阻小，重复性好，以本专利技术制备的多孔氢气极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜为基础制备的单电池恒电流放电性能稳定，适用于工业放大。
8、采用本专利技术制备的固体氧化物质子导体电解质半电池经sem检测表明在致密的电解质薄层表面没有穿孔、裂纹等缺陷。
9、采用本专利技术制备的固体氧化物质子导体燃料电池单电池用于氢氧燃料电池测试，结果表明，当制备的电解质薄层只有10μm厚度时，在650,600,550℃条件下可以分别达到741，522，357mw cm-2的功率密度，对应的极化电阻只有0.047，0.115，0.312ωcm-2。并且在600℃下，电流密度为200ma cm-2的单电池具有超过250h的稳定性。
10、采用本专利技术制备的氢气极支撑的质子导体电解质薄层同国内外报道的方法相比，具有操作简便，无需昂贵设备，成膜重复性高，与支撑层电极连接牢固，性能优良，适于工业放大的优点。
11、本专利技术相对常规常压浸涂法相比，具有如下优点：(1)本专利技术通过降低容器内气体压力，在多孔支撑层电极内外产生压差，从而可以充分排除多孔支撑层靠近表面附近的气体，从而产生毛细力，使得电解质浆料能够更加牢固地并且均匀地吸附在多孔支撑层表面，形成一层粘结连续均匀的电解质薄膜，同时更强的吸附力可以防止电池测试过程中电解质与电极的分离；(2)本专利技术完全适用于各种规则或不规则形状的支撑型质子导体电解本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低压浸涂制备多孔电极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法，其特征在于，步骤如下：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，电解质粉体、氧化镍和球型石墨或者淀粉造孔剂的重量比为：电解质粉体25-40％，氧化镍40-65％，球型石墨或者淀粉造孔剂10-20％。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，配置电解质粉体浆料中各组分的质量百分含量为：电解质粉体5.5-23％，三乙醇胺1-3％，无水乙醇50-60％，丁酮20-30％，邻苯二甲酸丁苄酯3-5％，聚乙烯醇缩丁醛3-5％。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨的转速为180-600rpm，球磨的时间为2-48h。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，压制成支撑电极片的条件为：压力为200–388MPa，时间为1–3min。
6.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，第一次球磨的转速为180-250rpm，球磨的时间为24-48h；第二次球磨的转速为180-250rpm
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，预烧的条件为：800-1200℃下预烧2-5h。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，高温煅烧的条件为：1400-1500℃煅烧5-18h。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，球型石墨或者淀粉粉体的粒径为8-30μm。
...【技术特征摘要】
1.一种低压浸涂制备多孔电极支撑的固体氧化物质子导体电解质薄膜的方法，其特征在于，步骤如下：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，电解质粉体、氧化镍和球型石墨或者淀粉造孔剂的重量比为：电解质粉体25-40％，氧化镍40-65％，球型石墨或者淀粉造孔剂10-20％。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，配置电解质粉体浆料中各组分的质量百分含量为：电解质粉体5.5-23％，三乙醇胺1-3％，无水乙醇50-60％，丁酮20-30％，邻苯二甲酸丁苄酯3-5％，聚乙烯醇缩丁醛3-5％。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨的转速为180-600rpm，球磨的时间为2-48h。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，压制成支...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱雪峰，张黎明，杨维慎，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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