[发明专利]具有导电功能的镧锶锰氧陶瓷薄膜及其制备方法、液流电池钛基镧锶锰氧陶瓷电极

说明书

本发明公开了一种具有导电功能的镧锶锰氧陶瓷薄膜及其制备方法、液流电池钛基镧锶锰氧陶瓷电极；制备方法包括：(1)以含镧盐、锶盐和锰盐的混合溶胶为前驱体溶胶，采用浸渍提拉法在基体表面成型凝胶湿膜；(2)干燥凝胶湿膜，得到凝胶干膜；(3)将凝胶干膜进行结晶预处理，至凝胶干膜转变为镧锶锰氧薄膜；(4)最后进行结晶热处理，得到镧锶锰氧陶瓷薄膜。液流电池钛基镧锶锰氧陶瓷电极包括钛基体及其表面的镧锶锰氧陶瓷薄膜。本发明制备工艺简单、制备成本低、环境污染小；所制备导电薄膜与金属基体粘结力强，表面致密度高，耐电化学腐蚀性好，导电性好；制备过程易于控制，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于新能源新材料制备技术领域，涉及有关液流电池电极材料的制备技术，具体是涉及一种具有导电功能的镧锶锰氧陶瓷薄膜及其制备方法、液流电池钛基镧锶锰氧陶瓷电极。

背景技术

随着储能的不断发展，氧化还原液流电池因其具有大功率、大容量、寿命长、安全环保及可控性等优点，越来越被人们所关注。其中电极材料是一个关键部件，因其提供电化学反应场所。首先，电极材料要具有高的抗氧化性、耐腐蚀性，从而保证了电极材料使用寿命；其次，电极材料具备优良的导电性，减少了电流在电极板传输时的能量损耗，这也是电极材料选择基本要素之一；电极材料表面还需有高的比表面积，提供足够的场所供电池中活性物质充分反应；最后，电极材料要有良好的致密性及综合力学性能，满足电池在装配过程中的强度要求。目前氧化还原液流电池如钠硫电池、全钒液流电池、甲基磺酸铅液流电池，主要采用通过添加导电填料石墨/聚合物基复合材料，其具有重量轻、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好以及电阻率在较大范围内可调等特点被广泛采用。但其电阻率相对于金属材料比较高；且由于制备工艺的限制；其电导率的均匀性不如金属材料，特别针对于单极性结构设计的电池，电极材料电导率的均匀性至关重要；另金属有其他材料不可比拟的机械性能。金属电极如Pt、Rh、Ir等，电极表面电导率分布均匀的特点，电极反应效率高，但由于电化学极化严重，表面易形成氧化物膜，电极电化学可逆性差，且在阳极区也极易形成钝化膜，阻碍电极反应的继续进行，而且价格昂贵，限制了其在液流电池中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有高电导率、薄膜表面更加光滑平整致密，与基底粘附力强、且工艺简单、可重复性高且可用于大型电极成型的镧锶锰氧陶瓷薄膜及其制备方法，相应地还提供一种液流电池钛基镧锶锰氧陶瓷电极，解决了金属电极电化学极化严重的缺陷，防止在Ti表面形成金属氧化物钝化膜，能够发挥金属基体电极高导电率和电导率分布均匀的优势。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有导电功能的镧锶锰氧陶瓷薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)以含镧盐、锶盐和锰盐的混合溶胶为前驱体溶胶，采用浸渍提拉法在基体表面成型凝胶湿膜；

(2)干燥所述凝胶湿膜，得到凝胶干膜；

(3)将步骤(2)所得的凝胶干膜进行结晶预处理，至所述凝胶干膜转变为镧锶锰氧薄膜；

(4)将成型的镧锶锰氧薄膜进行结晶热处理，得到具有导电功能的镧锶锰氧陶瓷薄膜。

优选的，所述含镧盐、锶盐和锰盐的混合溶胶中，La³⁺、Sr²⁺和Mn⁴⁺的摩尔比为0.68∶0.32∶1。

优选的，所述含镧盐、锶盐和锰盐的混合溶胶通过以下方法制得：

a.将锶盐溶解在第一有机溶剂中，再添加第一螯合剂，搅拌后形成锶盐溶胶；将锰盐溶解在第二有机溶剂中，再添加第二螯合剂，搅拌后形成锰盐溶胶；将镧盐溶解在第三有机溶剂中，得到镧盐溶液；

b.将锶盐溶胶、锰盐溶胶和镧盐溶液搅拌混合，定容至金属离子总浓度为0.1～0.5mol/L，得到含镧盐、锶盐和锰盐的混合溶胶。