[发明专利]失氧型氧化物陶瓷球形粉末的制备方法、失氧型氧化物陶瓷球形粉末和燃料电池电解质薄膜

说明书

本发明提供了一种失氧型氧化物陶瓷球形粉末制备方法、失氧型氧化物陶瓷球形粉末和燃料电池电解质薄膜，涉及燃料电池的技术领域。本发明通过对氧化物陶瓷粉末使用高氢浓度感应等离子工艺得到失氧型氧化物陶瓷球形粉末；高氢浓度是指等离子气体中氢气流量占等离子气体总流量≥30%。上述制备方法得到失氧型氧化物陶瓷球形粉末，通过低压等离子喷涂获得燃料电池电解质薄膜。本发明通过将氧化物陶瓷粉末输送至高氢浓度的感应等离子体焰流中，经过熔化、还原与冷却过程，获得高致密、高球形度、高流动性、高冲击力的失氧型氧化物陶瓷球形粉末。该粉末更容易在等离子喷涂焰流中熔化，提高了喷涂工艺的可控性和易操作性，提高了电解质薄膜的性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种失氧型氧化物陶瓷球形粉末制备方法、失氧型氧化物陶瓷球形粉末和燃料电池电解质薄膜。

背景技术

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，在燃料电池电动车和固定电源等新能源领域发展迅猛。燃料电池工作时阳极和阴极的损失较小，极化损失主要集中在电解质的内阻上。为提高燃料电池的电流密度和输出功率密度，应尽量降低电解质层的厚度（即薄膜化）和提高氧离子空位浓度。制备电解质薄膜的主要方法之一是低压等离子喷涂，然而现有的氧化物电解质喷涂粉末均为团聚造粒粉，这种粉末内部孔隙多，密度低，制成的薄膜厚度往往超过20微米且含有较高孔隙率。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种失氧型氧化物陶瓷球形粉末的制备方法，采用高氢浓度感应等离子工艺得到细粒径、高致密度、高氧空位的氧化物陶瓷球形粉末。

本发明的第二目的在于提供一种失氧型氧化物陶瓷球形粉末，该粉末具有粒径细、球形度高、流动性好、致密度高的特点。

本发明的第三目的在于提供一种燃料电池电解质薄膜，该薄膜具有高氧空位和较小的厚度，提高了薄膜的电导率，同时提高了燃料电池的电流密度和输出功率密度。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种失氧型氧化物陶瓷球形粉末的制备方法，对氧化物陶瓷粉末使用高氢浓度感应等离子工艺整形得到；

所述高氢浓度是指等离子气体中氢气体积流量占等离子气体总体积流量≥30%。

进一步地，所述等离子气体包括氢气和氩气；

优选地，氢气体积流量占所述等离子气体总体积流量的比例为30%~60%。

进一步地，所述感应等离子工艺的参数如下：等离子体的功率为10~80 kW；载气流量为2~5 slpm；氢气流量为10~150slpm；氩气流量为20~120slpm；反应室压力为16~20psia；送粉速率为10~100g/min。

进一步地，所述感应等离子工艺的参数如下：等离子体的功率为15~80 kW；载气流量为2~5 slpm；氢气流量为11~60 slpm；氩气流量为25~90slpm；反应室压力为16~20 psia；送粉速率为10~50g/min。

进一步地，所述的氧化物陶瓷粉末包括第一氧化物陶瓷粉末和任选的第二氧化物陶瓷粉末；

优选地，所述第一氧化物陶瓷粉末包括氧化锆或氧化铈中的至少一种；

优选地，所述第二氧化物陶瓷粉末包括氧化钇、氧化铪、氧化钪、氧化钛、氧化锶、氧化镍、氧化钴、氧化钐、氧化镝、氧化锰、钴酸锂或钴酸钠中的至少一种。

进一步地，所述氧化物陶瓷粉末为粒径小于等于38um的粉末。

进一步地，制备方法还包括所述感应等离子工艺整形后得到的整形粉末的净化；

优选地，所述净化包括对整形粉末在溶剂中超声或换液去除表面的微纳颗粒；