[发明专利]一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法，所述方法是在YSZ膜涂覆含钡的浆料，含钡浆料经过熔融、分解、钡离子迁移和扩散进入YSZ晶格中，反应得到质子传导BZY薄膜(5‑20μm)，该方法突破了质子传导氧化物BZY难于低温成膜的问题，有助于质子传导氧化物薄膜在固体氧化物燃料电池技术中广泛应用。

技术领域

本发明属于质子型固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法。

背景技术

质子型固体氧化物燃料电池是以质子传导氧化物为电解质，其载流子是质子，质子传导活化能较氧离子传导活化能低，因而在降低固体氧化物燃料电池运行温度方面具有巨大潜力。质子传导氧化物电解质低温制备技术是制约质子型固体氧化物燃料电池应用的关键问题。常用的质子传导氧化物如BCY、BZY、BCZY具有难熔的特点，需要在较高温度下(>1700℃)才可烧结致密。研究表明在质子传导氧化物中添加适量助剂可减低其烧结温度，但金属氧化物助剂容易在晶界处形成杂相，导致电解质电阻增加(Physical ChemistryChemical Physics,2011,13(17):7692-700)。此外，通过溅射、真空喷涂、激光脉冲等方法可以在较低温度下制备质子传导氧化物薄膜，但上述方法存在成本高、操作复杂等缺点。因此，本领域迫切需要一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法

发明内容

为克服传统质子传导氧化物BZY难于烧结致密问题，本发明提供一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将含钡化合物与YSZ按比例混合后，添加适量溶剂，超声处理，得到含钡浆料；

(2)将步骤(1)制备的含钡浆料通过涂敷YSZ电解质上，干燥；

(3)将步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在高温下焙烧，得到BZY电解质薄膜含钡浆料经过熔融、分解、钡离子迁移和扩散进入YSZ晶格中，反应得到致密的质子传导BZY电解质薄膜。

所述含钡浆料中含钡化合物是氧化钡、碳酸钡、醋酸钡、硝酸钡中的一种或两种以上，溶剂为松油醇和正丁醇中一种或两种以上，其中不添加或还可添加乙基纤维素，其于溶剂中的添加量为钡化合物质量的30％～50％。

所述含钡化合物与YSZ比例以钡含量与YSZ的摩尔比在1.1～2.0之间，超声处理时间为0.5h～168h。

所述含钡浆料可以通过滴涂、旋涂或流延任一方法涂敷在优先制备的YSZ电解质上，浆料在YSZ电解质膜上常温干燥0.5h～12h。

步骤(3)所述的步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在1000～1400℃焙烧6h～50h。

所述YSZ为8％molY2O3稳定的ZrO2。

本发明的有益效果是：解决了质子传导氧化物电解质膜难于低温烧结致密的问题，利用钡离子与YSZ间扩散反应，在较低温度下制备得到质子传导固体氧化物BZY薄膜，其厚度达到5μm(5-20μm)，致密度达到98％以上。

具体实施方式

实施例1