[发明专利]一种中低温固体氧化物燃料电池电解质涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中低温固体氧化物燃料电池电解质涂层及其制备方法。本发明通过喷雾干燥技术获得在中低温下具有高电导率的微米级电解质团聚粉末，该粉末球形度高，粒径分布集中，适用于等离子喷涂技术；进一步采用低压等离子喷涂制备中低温固体氧化物燃料电池电解质涂层，所得涂层结构均匀致密，沉积效率高，厚度可控；涂层后续无需烧结，解决了现有电解质涂层经烧结后易开裂，易鼓泡、易剥落等缺陷问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池与材料加工领域，具体涉及一种中低温固体氧化物燃料电池电解质涂层及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为燃料电池的一种，是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转换为电能的发电装置。因其具有能量转换效率高、绿色环保、燃料适用范围广等优点，故SOFC是基于现有能源供应体系中实现高效发电的最具发展前景的新能源技术。然而，传统SOFC需要850℃～1000℃的工作温度才能达到所需性能，导致SOFC的材料成本高、性能衰减快、开关机时间长，严重制约了SOFC的商业化及产业化应用。针对这些问题，目前全球的研究热点是研制在中低温(≤700℃)条件下工作的SOFC，以提高SOFC的寿命和稳定性，降低制造成本。但是，降低SOFC工作温度也会带来一些问题，其中最突出的是电解质电阻的增加将显著降低电池性能。为了突破该瓶颈，关键技术是制备出在中低温下具有高电导率的，厚度尽量薄的致密电解质涂层。因此，开发中低温电解质材料和研究先进薄膜化工艺对实现SOFC中低温化具有非常重要的意义。

目前，在电解质选材方面，中低温下具有高电导率的电解质材料主要有掺杂氧化铈、掺杂镓酸镧、掺杂氧化铋和质子导体。在电解质薄膜制备工艺方面，根据成膜原理的不同可以大致分为陶瓷粉末法(流延成型法、轧膜成型法、丝网印刷法、浆料涂覆法、电泳沉积法)、化学法(化学气相沉积法、喷雾热解法和溶胶凝胶法)和物理法(等离子喷涂法、脉冲激光沉淀法和真空溅射法)等等。其中，采用陶瓷粉末法制备电解质薄膜工艺简单、成本低、但是需要烧结，因此易产生裂纹，且薄膜厚度难以控制到10μm左右。而采用化学法制备的电解质薄膜均匀致密、成分均一，薄膜厚度可以通过控制沉积温度和时间调节，但是其设备复杂，制备过程要求严格，效率低且成本高。鉴于上述，国内外越来越多的研究者试图采用物理法中的等离子喷涂制备电解质涂层。