[发明专利]固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜及其制备方法

权利要求书

1.一种固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜，其特征在于，该多层膜为在阳极主电子导电相和结构骨架增强相的厚膜上依次沉积过渡层薄膜和电解质薄膜；所述的阳极主电子导电相为多孔钙钛矿型掺杂钛酸盐复合氧化物，所述的结构骨架增强相为氧化铝或掺杂氧化锆或两者混合物。

2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜，其特征在于，所述的多孔钙钛矿型掺杂钛酸盐复合氧化物的化学组成为A_1-x-zLn_xTi_1-yB_yO₃，其中的A为碱土金属元素，包括：钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba)；Ln为掺杂A的钇(Y)或镧系元素，镧系元素包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、镝(Dy)或混合稀土元素；B为掺杂Ti的过渡金属元素，包括：锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、钒(V)、铌(Nb)或钼(Mo)；化学组成中的x＝0-0.5，y＝0-0.5，z＝0-0.5。

3.一种如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)采用喷雾干燥法进行掺杂钛酸盐材料制备：按所制备掺杂钛酸盐材料的化学计量，先将一定量的硝酸和过氧化氢进行混合，然后将硝酸钇或镧系硝酸盐、碱土金属硝酸盐、钛酸四异丙脂和过渡金属硝酸盐按照A_1-x-zLn_xTi_1-yB_yO₃的比例加入到硝酸和过氧化氢混合溶液中，搅拌得前驱体溶液，经喷雾干燥得前驱体粉末，在800～1000℃煅烧4～10小时得掺杂钛酸盐粉体材料；以无水乙醇为介质，用行星式球磨机以100～400rpm转速对掺杂钛酸盐粉体材料球磨18～24小时，球磨后的浆料在80～100℃烘干，过200～400目筛得到掺杂钛酸盐粉体；

(2)称取步骤(1)制得的掺杂钛酸盐粉体和增强相，所述的增强相含量为0～50wt％，按所称取掺杂钛酸盐粉体的20～30wt％加入淀粉成孔剂，依次加入混合溶剂和磷酸三乙酯分散剂，并用行星式球磨机进行第一次球磨；

(3)在经第一次球磨的浆料中依次添加聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、邻苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇200塑性剂，并进行第二次球磨；

(4)将经第二次球磨的浆料制成支撑体生坯，具体步骤包括：首先真空除气处理，在流延机上按所需厚度调节刮刀高度进行流延而制成支撑体生坯，将干燥后的支撑体生坯切割至所需尺寸；

(5)将乙基纤维素溶解于松油醇中制成乙基纤维素松油醇溶液，并作为丝网印刷用粘结剂；

(6)将按步骤(1)制得的掺杂钛酸盐粉体和掺杂氧化锆混合粉体按70∶30～40∶60的重量比加入到乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨后得到过渡层浆料，在丝网印刷机上将配制好的过渡层浆料均匀地沉积在步骤(4)制得的支撑体生坯上而形成过渡层；

(7)将掺杂氧化锆粉体加入到乙基纤维素松油醇溶液中，经研磨后得到电解质浆料，在丝网印刷机上将配制好的电解质浆料均匀地沉积在步骤(6)制得的过渡层上而形成电解质层；

(8)将上述第(4)步、第(6)步和第(7)步制备得到的支撑体生坯、过渡层和电解质层经过排塑烧结处理。

4.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的增强相为氧化铝或掺杂氧化锆或两者混合物；所述的增强相形状为颗粒状或纤维状；所述的混合溶剂是指丁酮和乙醇按2∶1重量比配比混合得到的混合液，混合溶剂的加入量为与掺杂钛酸盐粉体的重量比为6∶(3-4)；所述的磷酸三乙酯分散剂的浓度为1～5wt％；所述的第一次球磨是指：以100～400rpm转速球磨6～10小时混匀。

5.根据权利要求3所述的固体氧化物燃料电池掺杂钛酸盐支撑固体电解质多层膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的聚乙烯醇缩丁醛粘结剂的浓度为10～20wt％；所述的邻苯二甲酸二丁酯的浓度为4～10wt％；所述的聚乙二醇200塑性剂的浓度为4～10wt％；所述的第二次球磨是指：用行星式球磨机以100～400rpm转速再球磨14～18小时混匀。