[发明专利]一种固体电解质片的烧制方法及产品

说明书

本发明属于功能陶瓷制备技术领域，公开了一种固体电解质片的烧制方法及产品。所述烧制方法包括以下步骤：将第一承烧板、第一保护生坯、固体电解质片生坯、第二保护生坯和第二承烧板依次叠放进行烧制，制得固体电解质片。该烧制方法能够有效避免固体电解质片在烧结过程中出现的变形、开裂、翘边、起皱和表面产生烧坑划痕等缺陷。

技术领域

本发明属于功能陶瓷制备技术领域，特别涉及一种固体电解质片的烧制方法及产品。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种将储存在燃料和氧化剂（空气）中的化学能直接转化为电能的电化学装置，其理论上的能量转化效率高达80%以上，而在实际运行中的能量转换效率已能实现45%-60%。固体氧化物燃料电池主要具有以下优势：其反应产物主要为水和二氧化碳，因而向大气中排放的污染物相比直接燃烧可降低几个数量级；固体氧化物燃料电池没有运动部件，因而不会造成噪声污染；固体氧化物燃料电池的使用环境不受限制，设备可以模块化，尺寸灵活性大，发电量易于调节，可以实现高效率的分散式供电。因此，对于建立高效率的大型发电站和分散式的小型发电站而言，SOFC都是非常理想的选择方案。

固体电解质片是SOFC系统的核心部件，电解质片常见的材料体系包括ZrO₂系（YSZ、SSZ）、CeO₂系、BiO₂系、LaGaO₃系等，其中ZrO₂系材质具有活化能高（0.81-1.14ev），机械性能高、稳定性好、寿命长的优点，得到了最为广泛的研究和应用。

固体电解质片的一般制备工艺流程为粉体合成、球磨、脱泡、流延、冲片、烧成等。为了提高固体电解质片的离子电导率、机械强度，制备固体电解质片所用的粉体往往通过化学法合成或水热合成，粒径非常细小，典型粒径指标为D10≤0.10μm，D50≤0.50μm，D90≤1.30μm，比表面积在10-12g/m²。另外，为了降低电解质材料的内阻损耗，电解质片会尽量朝着薄的方向去做，因而氧化锆固体电解质片的厚度通常不超过0.3mm。在烧成过程中，氧化锆电解质片生坯中有10%以上的有机物（分散剂、粘结剂、增塑剂和溶剂等）需要排出，且会发生18%以上的烧成收缩，非常容易产生开裂、变形、翘曲、起皱等不良现象。

除厚度薄之外，固体电解质片因后续需要印刷阴/阳极层及其密封的缘故，对表面质量要求非常高，不允许有烧坑、划痕等表面不良，边缘翘曲不超过50μm。另外，电解质片对外围尺寸及孔位尺寸一致性要求也非常高，通常要求坯体烧结收缩率偏差不超过6‰。

由于固体电解质片对原料粒径、厚度、表面质量、尺寸一致性、边缘翘曲等要求严苛，且电解质片的原料价格昂贵（＞1000元/kg），为尽可能保证产品的合格率，因而对烧制提出了非常高的要求。

因此，希望提供一种固体氧化物燃料电池固体电解质片的烧结方法，可克服上述烧结不良的缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种固体电解质片的烧制方法及产品，该烧制方法能够有效避免固体电解质片在烧结过程中出现的变形、开裂、翘边、起皱和表面产生烧坑划痕等缺陷。

一种固体电解质片的烧制方法，包括以下步骤：将第一承烧板、第一保护生坯、固体电解质片生坯、第二保护生坯和第二承烧板依次叠放进行烧制，制得固体电解质片。

优选的，所述第一承烧板和所述第二承烧板均为多孔陶瓷板，气孔率为20%-60%。

所述第一承烧板和第二承烧板均为烧结后的多孔陶瓷基板，在烧结过程中不会发生收缩和变形，主要起紧固作用，避免固体电解质片生坯在移动中或烧结过程中发生错位，进而造成产品局部变形不良。多孔陶瓷板可以保护制品在烧成过程中不被窑具棚板表面上的颗粒物所损伤，进而带来烧坑、划痕等缺陷，又可以在受热均匀的烧成环境中，使有机胶结剂挥发顺畅。