[发明专利]AMTEC耐高温TiN/Mo电极的制备方法

说明书

本发明提供一种AMTEC耐高温TiN/Mo电极的制备方法，解决现有TiN/Mo电极制备方法工艺复杂、周期长、成本高、以及实用性差的问题。包括以下步骤：1)制备TiN/Mo混合粉末；2)制备TiN/Mo浆料；3)涂刷；4)热处理。本发明方法直接以微米级的TiN粉末和Mo粉末为原料，湿法球磨制备均匀的混合粉体，工艺简单，效率高，有效地缩短了制备的周期；以松油醇和乙基纤维素体系制备浆料，并在浆料中加入β‑Al₂O₃粉末，涂刷在基底上，成本低；涂刷法可以实现大批量涂覆材料的制备，且本发明方法制备的TiN/Mo电极具有良好的高温稳定性，在830℃高温处理3天后显微结构和X射线衍射特征峰均没有明显变化，实用性好。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及AMTEC耐高温TiN/Mo电极的制备方法。

背景技术

碱金属热电转换器(Alkali Metal Thermoelectric Converter-AMTEC)是以β氧化铝固体电解质(BetaAlumina Solid Electrolyte-BASE)为离子选择性渗透膜，以碱金属为循环工质的热电能量直接转换器件。AMTEC对热源没有特殊要求，可适用于太阳能、化石能、核能等多种形式的热源，热电转化效率能超过30％，是一种结构简单、工作可靠、有较高功率密度、高效的热电能量转换装置，具有广泛的应用前景。

在碱金属热电转换装置中，电极材料在很大程度决定着热电转换效率，并直接影响其寿命的长短。电极附着在固体电解质表面，一方面要求电离的钠离子能透过电极空隙，另一方面能用作导电元件，将电流导向外部负载，同时还要求电极材料在AMTEC工作温度下不发生相变，不被碱金属工质腐蚀。到目前为止，AMTEC的电极材料主要有以下几种:金属Mo，过渡金属碳化物NbC和TiC，过渡金属氮化物NbN和TiN，过渡金属硼化物TiB₂以及合金电极WPt₂和WRh₃。

文献1“Asakami Osamu,Tsuchida Kiyoshi,Togawa Hiroyuki,et al.Materialfor the electrode of the alkali metal thermoelectric converter(AMTEC).1989,8(10):1141-1143.”表明在众多备选的电极材料之中，Mo多孔薄膜的电极特性最好。这是由于在AMTEC工作时，Mo多孔薄膜中形成了几种Na-Mo-O化合物，有利于Na在电极间传输。但是这些化合物在高温下容易挥发，导致AMTEC在工作一段时间后电极特性发生劣化。另一方面，过渡金属氮化物TiN具有耐腐蚀性(耐酸和耐碱)、优异的热稳定性、良好的导电性以及低成本等优点；鉴于此，TiN/Mo混合离子导体电极是一种很好的备选材料。

目前关于TiN/Mo电极研究相对较少，问题主要在于金属Mo和BASE陶瓷材料的热膨胀系数不匹配，高温时容易开裂脱落。文献2“Kim S D,Kim S Y,Hoon Joo J,etal.Microstructure and electrical conductivity of Mo/TiN composite powder foralkali metal thermal to electric converter electrodes[J].CeramicsInternational,2014,40(3):3847-3853.”提出了一种溶胶-凝胶法制备核壳结构Mo/TiN复合粉末，该方法以TiN为核心，通过钼酸铵缩聚后热处理，在TiN表面形成Mo的壳体，最后，通过筛分干燥粉末获得Mo/TiN复合粉末。这种特殊的结构具有良好的温度稳定性，而且该粉末与BASE管有较高的界面亲和力，可以用湿法工艺(浸涂，丝网印刷等)制备电极涂层，但具体实施方案并未公开。