[发明专利]固体氧化物燃料电池Ln2NiO4薄膜阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池作为一种新型能源转换装置，因其高效、洁净等方面的优点正日益受到各国广泛的重视。传统的固体氧化物燃料电池由于其运行温度较高而导致了其稳定性差和寿命短。电池操作温度的降低会引起电极性能的迅速下降，而阴极材料的性能直接影响到整个电池系统的好坏。现有固体氧化物燃料电池粉末阴极材料电极存在与固体电解质界面接触电阻大的问题。

发明内容

本发明要解决现有固体氧化物燃料电池粉末阴极材料电极与固体电解质界面接触电阻大的问题，而提供固体氧化物燃料电池Ln₂NiO₄薄膜阴极的制备方法。

一、将稀土氧化物和NiO粉体混合并研磨均匀，控制压力为100MPa～200MPa进行钢模压制，得到直径为60mm、厚度为5mm的靶材前躯体，然后将靶材前躯体放入在高温炉中，控制温度为800℃～1000℃，烧结时间为8h，得到溅射薄膜用的Ln₂NiO₄靶材；

二、将固体电解质Ce_0.9Gd_0.1O_1.95粉体在压力为200MPa～250MPa条件下进行钢模压制，得到直径为15mm、厚度为1mm的基底前躯体，然后将基底前躯体放入高温炉中，控制温度为1400℃，烧结时间为10h～24h，得到溅射薄膜用的Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底；

三、将步骤二得到的Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底放在磁控溅射仪的镀膜样品台上，再将步骤一得到的Ln₂NiO₄靶材放在磁控靶位上，控制Ln₂NiO₄靶材与Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底之间的距离为2cm～10cm；然后将镀膜室和样品室抽真空，控制真空度为1.0×10^-4～5.0×10^-4Pa；再向镀膜室通入氩气，控制氩气的流量为10sccm～80sccm，压强为2Pa～6Pa；

四、施加射频溅射功率启辉，控制溅射输出功率为100W～400W，溅射至Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底的温度为300℃～800℃，再移开Ln₂NiO₄靶材和Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底的挡板，向Ce_0.9Gd_0.1O_1.95电解质基底表面进行镀膜，控制溅射时间为10h～48h，得到薄膜；

五、将步骤四制得的薄膜放入马弗炉中，控制温度为500℃～900℃，处理时间为2h～8h，制得固体氧化物燃料电池Ln₂NiO₄薄膜阴极；

其中，步骤一中所述稀土氧化物为La₂O₃、Nd₂O₃、Sm₂O₃或Eu₂O₃；

步骤一中稀土氧化物中金属离子和NiO粉体中金属离子的摩尔比为2:1；

步骤一中Ln₂NiO₄靶材中Ln元素为La、Nd、Sm或Eu。

本发明中步骤二所述的固体电解质Ce_0.9Gd_0.1O_1.95粉体为市售产品。

本发明的有益效果是：本发明方法制备的薄膜阴极材料在500℃～700℃的温度范围内，电化学性能高，电极体积和重量小，并且与传统的粉末阴极相比较具有较低的极化电阻，从而得到一种通用的高催化活性固体氧化物燃料电池Ln₂NiO₄薄膜电极。本发明的制备方法原料易得，且薄膜附着能力强，耐久性和稳定性高。