[发明专利]具有三维微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法

权利要求书

1.一种全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述全固态薄膜燃料电池具有三维微纳结构，且所述全固态薄膜燃料电池的制备方法包括以下步骤：

提供含硅的第一衬底，将所述第一衬底进行表面清洁处理；

在所述第一衬底的至少一表面沉积光刻胶层，对所述光刻胶层进行烘烤处理，制备得到第二衬底；

在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理，使所述第二衬底背离所述第一衬底的表面呈微纳结构；所述第二衬底的厚度为1mm，刻蚀厚度为0.2-0.6mm；

在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆，制备阳极及其集流体层；

在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料，制备电解质层，所述电解质材料为稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；

在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料，制备阴极及其集流体层；

将得到的样品置于能够溶解光刻胶的有机溶剂中，清洗处理去除光刻胶材料和所述第一衬底，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜燃料电池；

所述阳极及其集流层的厚度为100～500微米，所述阴极及其集流层的厚度为100～500微米；

在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆的步骤在安装有双靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供Ni靶和SDC靶或者提供Ni靶和GDC靶，调节靶材和样品之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10^-2Torr～10^-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射金属镍和稀土元素掺杂的氧化铈或金属镍和稀土元素掺杂的氧化锆；薄膜沉积完后，在温度为500℃～700℃的条件进行退火处理0.5小时-1小时，制备阳极及其集流体层；

所述钙钛矿结构的阴极催化材料为La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃，且在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料的步骤在具有多靶材的真空沉积室进行，且溅射条件为：提供LaO_x靶、SrO_x靶和MnO_x靶，或者提供LaO_x靶、SrO_x靶、CoO_x靶和FeO_x，调节靶材和基板之间的距离为100～300毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10^-2Torr～10^-4Torr，控制电压功率为500W～1000W，在温度为400℃～700℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积钙钛矿结构的阴极催化材料；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备阴极及其集流体层。

2.如权利要求1所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，在所述第二衬底背离所述第一衬底的表面上方放置掩膜板，对所述第二衬底进行光刻蚀处理的步骤中，所述掩膜板中镂空图案的宽度大于等于所述第二衬底的宽度。

3.如权利要求1所述的全固态薄膜燃料电池的制备方法，其特征在于，在所述阳极及其集流体层背离所述第二衬底的表面溅射沉积电解质材料的步骤在真空沉积室进行，且溅射条件为：调节靶材和样品之间的距离为100～200毫米，往真空沉积室内通入氩气和氧气混合的等离子气体，调节真空室气压为10^-3Torr～10^-4Torr，控制电压功率为200W～500W，在温度为300℃～500℃的条件下，在所述第二衬底的微纳结构表面溅射沉积电解质材料稀土元素掺杂的氧化锆或稀土元素掺杂的氧化铈；薄膜沉积完后，在温度为300℃～500℃的条件下，退火处理0.5小时-1小时，制备电解质层。