[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

说明书

本发明提供了一种三维结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法，包括以下步骤：在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；在所述第二衬底的微纳结构表面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制备电解质层；在所述电解质层背离所述阳极及其集流体层的表面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，得到整体呈微纳结构的三维全固态薄膜燃料电池。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体点是固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种具有三维微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，其被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置，其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时燃料电池相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。

现有的固体氧化物燃料电池主要采用传统的陶瓷成型方法制备支撑体，然后采用浆料浸涂法逐层制备其他的功能层，包括电解质薄膜或电极层等，通过多次高温烧结制，最终制备得到固体氧化物燃料电池。然而，传统的陶瓷制备工艺很难实现器件的微细结构成型，获得微米甚至纳米级别的精细结构。因此在体积上很难微小化。更为重要的是，因为烧结过程的不可控性，烧结过程胚体的收缩和变形很难达到微米甚至纳米级别的可控性。这样就很难制成微米甚至纳米级别的薄膜型而且具有空间三维结构的固体氧化物燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有微纳结构的全固态薄膜燃料电池的制备方法，旨在解决现有制备全固态薄膜燃料电池的方法无法实现电池器件的微细结构的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种全固态薄膜燃料电池的制备方法，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；

在所述电解质层背离所述阴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，得到整体呈微纳结构的全固态薄膜燃料电池。