[发明专利]一种锆酸钡基电解质薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种锆酸钡基电解质薄膜的制备方法。包括：(1)通过液相法制备BZY电解质粉体前驱体；(2)将电解质粉体前驱体制成电解质悬浮浆料；(3)通过液相法制备含助烧剂的BZY粉体；(4)以BZY粉体和NiO粉体作为阳极组分，用相转换法制备多孔非对称的阳极生坯；(5)将阳极生坯预烧结得到预烧衬底；(6)将电解质悬浮浆料喷涂在预烧衬底上，放入马弗炉中升温烧结，获得阳极支撑的BZY电解质薄膜。本发明的方法大大降低了BZY电解质薄膜的烧结温度，降低了制备时的能量消耗，有效节约能源，便于工业生产。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种锆酸钡基电解质薄膜的制备方法。

背景技术

作为一种质子导体材料，Y掺杂的BaZrO₃(BZY)质子导体材料具有较高的晶粒电导(500℃可达0.11Scm^-1)，且在CO₂和H₂O的气氛下具有极好的化学稳定性，是一种非常有潜力的中低温质子导体电解质材料，然而，BZY材料的烧结活性较差，要想得到致密的阳极支撑的电解质薄膜，必需使用极高的烧结温度(1800℃)，较高的烧结温度会带来诸多问题，例如阳极过度烧结，界面反应严重，组分偏离等，目前制备致密BZY电解质薄膜的制备方法主要以实验室干压法制备为主的非真空制备技术以及脉冲激光沉积(PLD)为主的真空制备技术，其中干压法不适用大面积制备，PLD方法制备成本较高。

干压法制备及PLD方法制备致密BaZrO3薄膜在工业化生产中并不占优势，研究表明BaZrO3基材料在电导率、烧结活性和化学稳定性这三个方面是不能完全相容的，要提高其某方面的性质，必须是以牺牲另一方面的性质为代价的。考虑到这些局限性，提出一种既能提高BZY薄膜的烧结活性又不降低样品离子电导率的制备方法，这将解决困扰业界的一大难题，同时也将对BZY电解质在质子导体SOFC中的应用起到积极的促进，加速其商业化的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低消耗、低成本且致密的BZY电解质薄膜的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种锆酸钡基电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)以钡盐、锆盐、钇盐为原料，根据BaZr0.8Y0.2O3-δ中化学剂量比计算出所需原料的质量，通过液相法制备BZY电解质粉体前驱体；

(2)在电解质粉体前驱体中加入有机溶剂制成电解质悬浮浆料；

(3)以钡盐、锆盐、钇盐、助烧剂为原料，根据BaZr0.8-xMxY0.2O3-δ中化学剂量比计算出所需原料的质量，其中M为助烧剂中所含的金属元素，X＝0.01,0.03,0.05，通过液相法制备含助烧剂的BZY粉体；

(4)以BZY粉体和NiO粉体作为阳极组分，采用相转换法制备多孔非对称的阳极生坯；

(5)将多孔非对称的阳极生坯预烧结获得预烧衬底；

(6)将电解质悬浮浆料喷涂在预烧衬底上，晾干后，放入马弗炉中升温烧结，获得阳极支撑的BZY电解质薄膜。

进一步，步骤(2)中所述有机溶剂为乙醇且三乙醇胺作为分散剂，制成的电解质悬浮浆料中电解质粉体前驱体的质量占整个电解质悬浮浆料质量的3％-10％。

进一步，步骤(3)中所述助烧剂为氧化锌、氧化铜、氧化镍中任一种。

进一步，步骤(4)中所述阳极组分NiO粉体与BZY粉体重量比为5：5-7:3，所述多孔非对称的阳极生坯其形状为片状或管状。