[发明专利]一种固态电解质及其制备方法和阴极保护系统

说明书

本发明提供了一种固态电解质及其制备方法和阴极保护系统，该制备方法包括：在金属表面依次涂覆石榴石型固体电解质的前驱体浆液A和含锂金属氧化物的前体浆液B，得到半成品；以及，对半成品进行烧结处理，得到所述固体电解质；其中，所述含锂金属氧化物选自LiCoO₂和Li_1+xAl_xTi_2‑x(PO₄)₃(0＜x＜2)中的至少一种。通过该方法制备的固体电解质的覆层具有高的环境稳定性、较高的电导率，制备过程快速、简便、能耗低；基于该固体电解质，利用较低的电压即可实现对金属构件的外加电流阴极保护。

技术领域

本发明涉及腐蚀防护技术领域，具体地涉及一种固态电解质及其制备方法、和使用该固态电解质的外加电流阴极保护系统。

背景技术

阴极保护作为一种公认有效的金属防腐措施，被广泛用于船舶、地下管道、换热器、海洋平台等领域。目前常用的阴极保护技术主要是牺牲阳极法和外加电流法，但是，对于直接暴露在气相环境中的金属设备或构件以及各种储罐、管道位于水线以上的部位、以及气液两相交界的地带等情况而言，其导电介质一般是非连续、分散的液膜，应用传统的阴极保护方法时，外加电流无法到达待保护金属的全部表面，因此难以实施有效的保护。

为了能够在无连续导电介质存在的大气环境中对金属构件实施外加电流保护，可以通过将固体电解质涂覆在金属材料表面形成涂层，使金属处于连续电解质环境中，以满足外加电流阴极保护对完整电流回路的要求；固体电解质的电导率越高，对电源硬件的要求就越低。目前常用的固体电解质包括包含聚合物的复合固体电解质、无机晶体固体电解质和薄膜固体电解质。然而，聚合物复合固体电解质存在电解质易泄漏、不耐高温、电导率低等弊端；薄膜固体电解质需要特种设备实施气相沉积或溅射，成本高昂，技术门槛高；无机晶体固体电解质虽然具有良好的室温电导率，但是其制备过程较为复杂，能耗较大，一些无机晶体固体电解质容易与空气中的水、二氧化碳等物质反应而失活，在空气中的稳定性较差，不具备长期应用价值。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种固体电解质及其制备方法和阴极保护系统，通过快速烧结工艺在待保护金属构件表面形成固体电解质的覆层，该方法制备的固体电解质的覆层具有高的环境稳定性、较高的电导率，制备过程快速、简便、能耗低；基于该固体电解质，利用较低的电压即可对金属构件实现外加电流的阴极保护。

为了实现上述目的，本发明提供了一种固体电解质的制备方法，包括：

S1在金属表面依次涂覆石榴石型固体电解质的前驱体浆液A和含锂金属氧化物的前体浆液B，得到半成品；

S2对半成品进行烧结处理，得到所述固体电解质；

其中，所述含锂金属氧化物选自LiCoO₂和Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃(0＜x＜2)中的至少一种；所述烧结处理的烧结温度为1200-1800℃，所述烧结处理的烧结时间少于或等于60s。

与现有技术相比，本发明的固体电解质通过在高温条件下快速烧结即可以得到致密的、具有高电导率(10^-3S/cm)的石榴石型固体电解质，避免了传统固体电解质制备过程因烧结时间长、烧结温度高和二次烧结造成的能耗高、效率低、锂元素损失严重导致固体电解质电导率降低的弊端；在烧结过程中，前体浆液B在石榴石型固体电解质表面形成稳定的、具有较高电导率(10^-4S/cm)的含锂金属氧化物覆层，避免了石榴石型固体电解质与空气中的水和/或二氧化碳的反应而形成碳酸锂绝缘膜，赋予其在空气环境中长效稳定性，并保证了固体电解质的电化学活性。

在一些具体的实施方式中，所述制备方法还包括：在步骤S1前对金属表面进行清洁以及干燥处理。