[发明专利]一种β＂-Al2O3固体电解质前驱体水基流延浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种β″-Al₂O₃固体电解质前驱体水基流延浆料及其制备方法，特别是涉及一种 采用溶胶凝胶法制备的β″-Al₂O₃固体电解质前驱体水基流延浆料及其制备方法，属于水基流 延制备陶瓷材料浆料的技术领域。

背景技术

β″-Al₂O₃固体电解质(Beta″-Alumina Solid Electrolytes，BASE)是离子导体，在其结构 中有一个可供钠离子迁移的疏松钠氧层，在传递电荷的同时还伴有物质迁移。因此，β″-Al₂O₃固体电解质在能源领域中有广泛的应用前景。在电源系统中，将燃料的化学能转换成电能的 是高效热电能量直接转换器件-钠热机(Sodium Heat Engine，SHE或者Alkali Metal Thermal to Electric Converter，AMTEC)，它是以β″-Al₂O₃固体电解质为核心元件，以钠作工质，利用 β″-Al₂O₃固体电解质优异的离子导电性，实现热电能量直接转换的新型发电器件。它是一种 面积型发电器件，无运动部件、无噪声、无需维护，可在使用地点安装，没有传输损失，可 以和温度在600℃至900℃范围内任何形式的热源相结合，构成模块组合式发电装置，满足不 同容量负载的要求，其能量转换效率可达30％～40％。该钠热机适用于核能、化石能、太阳能 等多种形式的热源，不论在地面还是空间，都有很好的应用前景，在国内外已引起了广泛的 关注。

迄今用于钠热机的β″-Al₂O₃都是管材，外径从7mm～30mm不等，壁厚最薄的做到0.7mm。 采用管形电解质时，钠热机模块是由β″-Al₂O₃固体电解质管材作为核心元件，在固体电解质 表面制备阴极薄膜，此时钠热机模块的比功率可达70～125W/kg。而薄膜型钠热机的概念则是， 在平板型吸液芯材料表面制备致密的固体电解质，然后再制备多孔阴极，钠热机的性能将由 于电解质薄膜化而得到显著改善，已经有资料显示，平板型钠热机模块的比功率可能超过300 W/kg。可见，在实际应用中，薄膜型β″-Al₂O₃固体电解质具有比管状β″-Al₂O₃固体电解质更 加优异的性能和更广阔的应用前景。

新墨西哥大学研究的拱顶形组件钠热机模块的结构中β″-Al₂O₃薄膜电解质是用溅射工艺 制备的。目前，国内外尚未发现有关制备β″-Al₂O₃固体电解质水基流延浆料及采用该浆料制 备β″-Al₂O₃固体电解质薄膜的技术报道。

发明内容

虽然有机体系流延工艺已经较为成熟，制备的陶瓷薄片结构均匀，强度高，便于储存加 工，已经得到了广泛的应用。但是，由于有机流延浆料的制备过程中存在诸多缺点，比如， 所用溶剂为有机溶剂，不仅污染环境，而且毒性大，成本高昂。因此，本发明的目的是弥补 有机流延浆料制备过程中的不足之处，提供一种β″-Al₂O₃固体电解质前驱体水基流延浆料及 其制备方法。

本发明提出的β″-Al₂O₃固体电解质前驱体水基流延浆料及其制备方法包括以下步骤：

1、将0.05～3wt％的分散剂均匀分散在43.98～54.95wt％的去离子水中，向其中加入15～45wt％ 的β″-Al₂O₃前驱体粉体，球磨6～18小时，使粉体均匀分散在去离子水中配成浆料A；

2、以水溶液的形式先后向步骤1的浆料A中加入5.0～25wt％的粘结剂和0.02～5wt％的增塑 剂，继续球磨8～20小时，或者搅拌8小时，即得到浆料B；

3、将步骤2中的浆料B过滤、真空脱气，即得β″-Al₂O₃固体电解质前驱体水基流延浆料。