[发明专利]一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法

说明书

本发明提供一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法，解决现有可行的表面薄膜制备方法中电泳沉积法所存在的两相结合力和电解质松散、开裂问题。该制备方法包括：1)制粉，2)配制悬浮液，3)沉积，4)后处理。本发明使用以Li+稳定的β″‑Al₂O₃粉体为溶质，异丙醇为溶剂，三乙醇胺和聚丙烯酸为分散剂和粘结剂制成电泳悬浮液，以多孔合金片为电极，电泳沉积后，覆粉烧结制得表面附着BASE薄膜的多孔合金电极。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法。

背景技术

AMTEC是碱金属热电转换器的简称，是一种高温再生浓缩电池；其采用碱金属流体(如钠和钾)为工质，利用碱金属流体在两电极之间的浓度差直接将热量转化为电能，理论效率十分接近卡诺效率，可达30％-40％。AMTEC工作温度通常为900-1300K，适用于核能、化石能、太阳能等多种形式的热源，是一种结构简单、质量轻便、有较高功率密度的热电转换装置。

AMTEC装置通常包含蒸发器、冷凝器、吸液芯、BASE、多孔电极、集电器、隔热罩等。其中，最重要的是BASE和电极。BASE是一种低电导率但高离子电导率的材料，作为AMTEC中的核心部件，其直接影响着装置的功率密度和寿命等性能；而BASE的薄层化有利于降低电池的内阻和工作温度，提高AMTEC的性能，故薄层电解质的制备是近年来研究的热点之一。

根据支撑体的不同，AMTEC通常可分为BASE电解质自支撑型、阳极支撑型和阴极支撑型三种。电解质自支撑型是研究最广泛的一种，其往往是先制备BASE管，然后在内外侧分别涂覆多孔电极薄膜；而阳极支撑型是在多孔合金阳极表面制备BASE薄膜，然后再涂覆阴极薄膜；阴极支撑型由于自外向内进行制备，工序复杂，故研究较少。阳极支撑型AMTEC由于使用阳极材料作为支撑体，可以进一步解放BASE电解质的强度以及厚度要求，是AMTEC未来值得重点研究的方向之一。

但目前，公开的对BASE的制备研究主要还集中在自支撑型，如文献1“J.H.Kennedy,A.Foissy.Fabrication of beta-alumina tubes by electrophoreticdeposition from suspensions in dichloromethane[J].Journal of TheElectrochemical Society,1975,122(4):482-486”使用二氯甲烷作为溶剂、三氯乙酸为分散剂的电泳沉积方法，沉积电压为200V，电极距离为3-4cm，沉积时间30-300s，制备了长度为3-4cm、内径0.6cm，壁厚0.03-0.10cm的BASE管；管子烧结后，密度为2.9-3.1g·cm^-3，平均晶粒尺寸约20μm，最高密度样品中显示了长约100-200μm的长条形晶粒；文献2“X.Wei,Y.Xia,X.Liu,et al.Preparation of sodium beta″-alumina electrolyte thin filmby electrophoretic deposition using Taguchi experimental design approach[J].Electrochimica Acta,2014,136:250-256”使用正戊醇为溶剂、三乙醇胺和聚丙烯酸为分散剂的电泳沉积方法，制备了300μm厚度的TiO₂掺杂的BASE薄片，该薄片在300℃电导率为0.138S·cm^-1，β”-相含量高于97％。对阳极支撑型表面制备BASE电解质薄膜的研究较少。

如今，在可行的表面薄膜制备方法中，流延法仅适合平板型薄膜制备，浸渍法薄膜厚度难以控制，且表面均匀度较差，而电泳沉积法获得的沉积层又通常较为松散，需要通过进一步压制才可用于下一步的烧结，而且烧结过程中也易出现开裂现象。

综合考虑，电泳沉积法具有操作方便，沉积速度快、形状易于控制的优点，在多孔阳极表面沉积BASE薄膜具有很大的操作空间，但两相结合力和电解质松散、开裂问题仍需解决。

发明内容