[发明专利]一种中温SOFC的电解质薄膜阻隔层的制备方法

说明书

本发明公开了一种中温SOFC的电解质薄膜阻隔层的制备方法，包括以下步骤：S1：取阳极粉体NiO和淀粉，在玛瑙研钵中混合研磨制得造孔剂，使其表面平整光滑；S2：将氧化锆粉体加入到模具中，压成厚度为1.2‑1.5mm的阳极生坯片；S3：然后将压制好的阳极生坯片预烧结5‑7h；S4：通过EDTA‑柠檬酸燃烧合成法制得GDC粉末，将GDC粉末加入适量分散剂和丙酮球磨3h以上；S5：加入有机粘合剂，球磨12h得到乳白色胶状的粘稠液体，将丙酮挥发至无味；S6：启动旋涂机进行涂层；S7：将涂好膜的支撑体转移到高温炉中进行烧结。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池制造技术领域，尤其涉及一种中温SOFC的电解质薄膜阻隔层的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池SOFC(Solid Oxide Fuel Cell)具有能量转化效率高(一次发电效率50％～60％)、成本低、长期稳定性好的优点，尤其是可以直接使用各种含碳类燃料，如以化石燃料为代表的天然气(CH4)、煤气(地下气化煤气、焦炉煤气、煤层气等)等气体燃料，还可以进一步拓宽至沼气和生物质气等可再生的生物质燃料，来源广泛，很容易与现有能源资源供应系统兼容。所以，固体氧化物燃料电池是基于现有能源供应体系中实现高效发电的非常有前景的新能源技术。

实现SOFC产业化的关键是降低电池的成本，而降低成本的有效方法是降低电池的工作温度。SOFC的电解质及电极材料的选择十分关键，一方面材料本身的电化学性质决定了电池的性能，另一方面电解质和电极之间界面的微观结构及原子排列都强烈地影响着界面的电化学性质，进而影响电池的性能。由于SOFC组装过程中的高温处理和运行时长期处于高温环境中，传统的的SOFC阴极LSM、LSMC、LSC、LSCF等会与电解质YSZ在交界面上发生化学反应，生成锆酸镧La2Zr2O7和锆酸锶SrZrO3。由于La2ZrO7、SrZr03的离子电导率要比YSZ低几个数量级，这就严重影响了SOFC的整体性能，界面反应也是SOFC运行过程中性能衰减的主要原因，因此界面反应的研究具有很重要的意义。由于YSZ是比较定型的电解质材料，所以在保证电池有理想的输出性能的前提下，通常可以通过以下三条途径来解决问题：

(1)优化阴极材料，如掺杂LSM的方法，可以对界面反应起到一定的抑制作用；(2)开发新型的电解质材料，获得比传统的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质高的电导率；(3)在阴极与电解质YSZ之间增加一层GDC阻隔层材料，制成YSZ|GDC薄膜电解质，避免界面反应。以上三个方面是目前SOFC中低温化研究的热点和重点。

在传统的YSZ电解质支撑型SOFC中，YSZ作为整个电池的支撑体，在其两面分别制备阳极和阴极以组成单个电池。若降低电解质厚度，制成YSZ薄膜电解质，由于薄膜的机械强度有限，不能作为整个电池的支撑体，这样就需要阳极或者阴极作为支撑体。目前研究较多的是以阳极为支撑体，而制备致密电解质薄膜是整个阳极支撑型SOFC制作中的一个关键环节。电解质薄膜若漏气会降低电池的开路电压，严重影响电池的输出性能，因此，开发高性价比的电解质薄膜制备方法一直是SOFC研究工作者努力的方向，也是当前研究的热点。

由于电解质的电导率与其厚度成指数关系，随着厚度增加，其电导率随指数关系下降，极大影响其电性能，因此一般电解质的厚度为10～30μm，所以阻隔层的制备工艺必须保证薄膜的厚度要很低。除了电解质厚度的要求，对电解质最重要的要求还有电解质的气密性，电解质是介于阳极和阴极之间的一个薄层，是将电池的氧化与还原反应相隔开的唯一薄层，如果电解质两边的气体相互串气，将很快导致电池的衰减和破坏。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种中温SOFC的电解质薄膜阻隔层的制备方法，采用浆料旋涂法,制得的电解质薄膜厚度薄、致密度高,可实现工业化生产。

本发明的具体技术方案为：

一种中温SOFC的电解质薄膜阻隔层的制备方法，其中，包括以下步骤：