[发明专利]一种固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ电解质薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜的制备方法，具体涉及一种采用旋转涂覆法制备固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ电解质薄膜的方法。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将燃料的化学能直接转化为电能的新型发电装置，具有高效、对环境友好等优点，是继水力、火力、核能发电技术之后的第4代发电技术，被美国《时代周刊》称为改变未来世界的十大科技之首。其中固体氧化物燃料电池（(So1id Oxide Fuel Cell，SOFC）可以利用热电联供将能量的综合利用率提高到80%以上，并且具有全固态结构、燃料适用性强等突出优势，受到了国际上普遍重视，各国纷纷投入巨资进行SOFC的技术研发和商业化。

传统的高温型SOFC由于其所用的电解质为氧化钇稳定的氧化锆（yttria-stabilized zirconia，YSZ），氧离子电导率较低，必须在1000℃以上的高温下操作，不仅密封困难，而且加剧了电池组件间副反应的发生，对电池的其它组件要求非常苛刻，因而增大了电池材料在选择和制备上的困难，使SOFC的成本居高不下，迟迟未能实现产业化。所以，降低SOFC的工作温度，开发中温型SOFC成为SOFC发展的必由之路。

降低SOFC的操作温度最有效的途径是采用具有高氧离子电导率的新型电解质材料。1mol%CeO₂-10mol%Sc₂O₃-89mol%ZrO₂（1Ce10ScSZ）是电导率最高的ZrO₂基电解质，1000℃时电导率约为YSZ的2.5倍，800℃时电导率约为YSZ的3倍，相结构稳定，而且机械强度和热膨胀系数与YSZ相当，成为一种非常有潜力的新型中温SOFC电解质材料。

经过对现有技术检索发现，目前国内尚未见有关固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ薄膜制备方法或技术的报道。目前国际上对于固体氧化物燃料电池用1Ce10ScSZ薄膜的制备，主要是Andrzejczuk M 等采用电子束-物理气相沉积（Electron Beam-Physical Vapour Deposition, EB-PVD) 技术和Zhang X等采用电子束蒸镀冷凝（electron beam evaporation and condensation, EBEC）技术成功制备了1Ce10ScSZ薄膜。然而电子束法设备昂贵，制备成本高，不易推广，难以满足固体氧化物燃料电池的商业化。   

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种成本低廉且操作简捷的固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ电解质薄膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ电解质薄膜的制备方法，采用旋转涂覆法制备固体氧化物燃料电池1Ce10ScSZ电解质薄膜，具体步骤如下：

（1）将乙基纤维素作为粘结剂加入到松油醇中，搅拌30~60分钟，得到乙基纤维素松油醇溶液；

（2）将1Ce10ScSZ粉体加入到上述乙基纤维素松油醇溶液中，用行星式球磨机以200~400转/分钟的转速球磨10~12小时，配制1Ce10ScSZ浆料；

（3）将NiO-ScSZ阳极支撑体固定在台式匀胶机上作为基体，在阳极中心位置处滴加适量1Ce10ScSZ浆料，开启匀胶机，使其在一定转速下运行30~120秒，在NiO-ScSZ阳极表面形成一层均匀的1Ce10ScSZ电解质膜胚；

（4）然后将上述1Ce10ScSZ电解质膜胚放入马弗炉中进行热处理；

（5）重复步骤（3）和（4）0~5次，得到不同厚度的1Ce10ScSZ电解质膜胚；

（6）将上述1Ce10ScSZ电解质膜胚放入马弗炉中进行烧结，得到厚度为2.5~15μm的1Ce10ScSZ电解质薄膜。

步骤（1）中，所述乙基纤维素松油醇溶液是指乙基纤维素的质量分数占3~4%的松油醇溶液。

步骤（2）中，所述1Ce10ScSZ粉体的粒径大小在30~60nm，在松油醇中呈单分散状态。

步骤（2）中，所述1Ce10ScSZ粉体可以按照溶胶凝胶法合成，其制备步骤如下：