[发明专利]固体氧化物电解槽的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种材料技术领域的方法，特别是一种固体氧化物电解槽的制作方法。

背景技术

用电解法生产所需要的化工产品，是常规的和比较成熟的工业过程。最为人们熟知的如在水溶液体系进行电解的氯碱工业以及在高温熔融盐中进行湿法冶金制备金属铝的工艺。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为00267763.6，发明名称为“一种新型熔盐电解槽”的专利中，介绍了一种熔融盐电解槽的结构：槽壳由圆柱形铸铁坩埚和紧贴其内的圆柱形石墨坩埚组成，并作为电解槽的阳极；石墨坩埚中装入熔融盐电解质，其底部安装盛装液态铝的圆柱形刚玉坩埚，一支中间套有瓷套管的细钼棒插入液态铝中，作为电解槽的阴极。接同直流电后，体系构成闭合回路，电解质中的金属离子在液态铝阴极表面被还原成金属，阴离子迁移到石墨阳极被氧化。

对于上述专利中所提到的以高温熔融盐作为电解质的电解槽，存在着电解质盐蒸发所造成的电解质的损失，以及蒸气引起金属部件的腐蚀问题；同时，电解质盐由阴离子和阳离子所组成，阴离子在石墨阳极上的氧化，有可能造成石墨电极的烧蚀，造成电解质的污染，从而影响阴极还原反应产物的纯度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种固体氧化物电解槽的制作方法。是本发明整个电解槽都由固体部件构成，以金属或金属氧化物(MO)作为阴极，以具有钙钛矿结构氧化物为基的复合材料作为阳极，为获得高纯度的金属或其他产物创造了先进的技术条件。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所涉及的固体氧化物电解槽的制作方法，包括以下步骤：

第一步，直接以金属作为阴极，或采用金属作为集电极，在金属基体上，沉积所对应的金属氧化物，在还原气氛或者是惰性气氛下烧结后，自然冷却，作为金属氧化物阴极备用；

所述烧结，是指：在800℃-1000℃下烧结1小时-2小时。

第二步，固体氧化物电解质粉料，通过流延成型的方法，形成素坯后，在氧化气氛下，烧结后，自然冷却后得到致密固体电解质薄膜；

所述烧结，是指：在1400℃-1500℃下烧结3小时-6小时。

第三步，在固体电解质薄膜上继续沉积阳极活化层和阳极接触层，在空气气氛下烧结，成为半电解槽。

所述烧结，是指：在1000℃-1100℃烧结2小时-4小时。

第四步，把第一步中制得的阴极和第三步中得到的半电解槽中的固体氧化物电解质紧密接触，就构成了本发明所述的固体氧化物电解槽。

所述的金属阴极，可以由不锈钢、镍、铝、钛金属其中的一种或它们的合金组成。

所述的金属氧化物阴极，由金属氧化物和所对应的金属构成。金属氧化物作为反应电极，经过还原反应后，生成所需要的金属。所对应的金属，作为集电极，传输阴极电流。

所述的金属氧化物，可选自Ti、Zr、Hf、Al、M、gU、Nd、Mo、Cr、Nb、Ce、P、As、Si、Sb、Sm中一种金属所对应的氧化物，其形状可以是金属氧化物团粒、金属氧化物烧结片(块)、泡沫状金属氧化物预成体。

所述的固体氧化物电解质，由优良的氧离子导体组成。比如，ScSZ(钪掺杂氧化锆)、CGO(钆掺杂氧化铈)的粉料，通过流延成型的方法，形成200μm-300μm厚膜。

所述的在固体电解质薄膜上继续沉积阳极活化层和阳极接触层，具体为：在固体电解质上面，继续喷涂或丝网印刷上一层厚度在5μm-20μm之间的阳极活化层，该阳极活化层由50％(重量百分比)的LSFC(La_0.58Sr_0.4Fe_0.8Co_0.2O_3-δ)和50％(重量百分比)的CGO的混合物所组成，最后，在阳极活化层的上面，喷涂或丝网印刷上一层厚度在50μm左右的单相LSFC，作为阳极接触层。

本发明的固体氧化物电解槽，均由粉料混合成浆料后，通过流延法、喷涂法和丝网印刷的方法加工而成，使得利用本发明在采用固体电解质的方法时，克服了熔盐杂质对金属纯度的影响，以及熔盐金属离子可能在阴极上的沉积使得各自的反应物和反应产物不会相互干扰，也避免了高温熔盐造成的腐蚀问题。有利于将来的工业化生产和制作。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

首先，制备阴极。