[发明专利]稳健混合导电薄膜结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜结构以及制备该薄膜结构的方法，所述薄膜结构包括第一电子导电层、离子导电层和第二电子导电层，其中所述电子导电层是内短路的。

背景技术

通常，分离薄膜由各种无机或有机材料(包括陶瓷、金属和聚合物)制成。例如，陶瓷结构为氧离子导体从而适合在高温(例如约500℃或更高的温度)下引起阳离子的选择性渗透。因此，包含至少一层所述陶瓷材料的薄膜结构适合从含氧的气体混合物中分离氧。

更特别地，已经有人建议在陶瓷薄膜的两面上使用电极并从外部将该电极连接。在所述薄膜的一面上，调节氧分压使其低于该薄膜的另一面上的氧分压。在所述结构中，具有较高氧分压的一面的氧原子接收电子从而变成氧离子，该氧离子通过该薄膜扩散到相对的电极，在此，它们放电并再次变成氧原子。所述电子通过外电路转移回第一电极。结果，氧不断地与该薄膜的具有较高氧分压的一面的气体分离。

美国专利6,033,632涉及用于促进氧化-还原反应以及用于氧气分离的固态的气体不可渗透的陶瓷薄膜。所述薄膜由具有电子和氧-阴离子电导率的单组分的材料制备而成。所述材料具有通式为A₂B₂O₅的钙铁石结构。

EP-A-0 766 330披露了一种固态的多组分薄膜结构，其包括电子导电相和/或气体不可透过的“单相”混合金属氧化物的紧密的气体不可透过的多相混合物，其具有钙钛矿结构并同时具有电子导电和氧离子导电的性质。

该薄膜结构也适合部分氧化方法，例如，氧化甲烷气体制备合成气，即，CO和H₂的混合物。

一些氧离子导体也具有电子导电性，称作电子-氧离子“混合导体”。在使用混合导体的情况下，不需要外部电极就可能引起氧离子的连续渗透。可选择地，可以通过将氧导电材料与电子导电材料混合形成复合的多组分非单相材料而制备二元的导电混合物。

下表列出了一些用于氧分离的建议的材料以及它们的一些性质。

表1薄膜候选材料的性质

表1中的参考文献：

[1]M.P.V.Hendriksen，M.Mogensen，“Oxygen nonstoichiometry andtransport properties of strontium substituted lanthanum ferrite”，J.Solid StateChem 180(2007)1489-1503.

[2]T.Nakamura，G.Petzow，L.J.Gauckler，“Stability of the perovskite phaseLaBO₃(B＝V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni)in a reducing atmosphere i.experimentalresults”，Materials Research Bulletin 14(1979)649-659.

[3]B.Dalslet，M.P.V.Hendriksen，“Determination of oxygen transportproperties from flux and driving force measurements using an oxygen pump andan electrolyte probe”，J.Electrochem.Soc.，to be published.

[4]M.P.V.Hendriksen，M.Mogensen，F.W.Poulsen，E.Skou，“Oxygen nonstoichiometry and transport properties of strontium substitutedlanthanum cobaltite”，Solid State Ionics 177(2006)3285-3296.

[5]Z.Chen，R.Ran，W.Zhou，Z.Shao，S.Liu，“Assessment ofBa_0.5Sr_0.5Co_1-yFe_yO_3-δ(y＝0.0-1.0)for prospective application as cathode forit-SOFCs or oxygen permeating membrane”，Electrochimica Acta 52(2007)7343-7351.