[发明专利]一种采用磁控溅射法制备金属支撑单体的方法

说明书

本发明提供了一种采用磁控溅射法制备金属支撑单体的方法，包括：制备燃料极层，将Ni金属与钇稳定氧化锆，或Ni金属与钇镐合金燃料极层靶材共溅射到金属支撑体上，其中，金属支撑体上具有多孔区域，以及沿金属支撑体外表面以及多孔区域的多孔内壁设置的保护涂层，燃料极层靶材覆盖多孔区域；制备电解质层，将钇稳定氧化锆或钪稳定氧化锆，或钇金属，或镐金属，或钇镐合金电解质层靶材单溅射或共溅射到所述燃料极层上；制备空气极层，将钇稳定氧化锆与La_1‑xSr_xMnO₃，或钇镐合金与La_1‑xSr_xMnO₃空气极层靶材共溅射到电解质层上，得到金属支撑单体。本发明提高了使用该金属支撑单体电池的电催化活性以及体积功率密度。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种采用磁控溅射法制备金属支撑单体的方法。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭，环境污染的不断加剧，使得人们迫切的需求开发环境友好的可再生能源。氢能作为清洁高效环境友好的可再生能源引起人们的广泛关注。固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）和固体氧化物电解池（Solid OxideElectrolyse Cells，简称SOEC）均有着清洁、高效、安全等特点。金属支撑型固体氧化物电池（Metal supported-Solid Oxide Cells，简称MS-SOC），由于其封装简便，成本低廉且工作温度相对较低（500-650℃），成为世界瞩目的第三代固体氧化电池。

相关技术采用磁控溅射法制备SOFC和SOEC，磁控溅射的工作原理是电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射，进而形成SOFC的阴极。

发明人发现，相关技术提供的方法制备的SOFC和SOEC薄膜较厚，电阻较大，导致电催化活性低，体积功率密度低，且工作温度高不能适用于MS-SOC。

发明内容

本发明提供了一种采用磁控溅射法制备金属支撑单体的方法，以解决上述相关技术提供的方法制备的SOFC和SOEC薄膜较厚，电阻较大，导致电催化活性低，体积功率密度低，且工作温度高不能适用于MS-SOC的技术问题。

本发明提供的技术方案如下所示：

一种采用磁控溅射法制备金属支撑单体的方法，所述方法包括：

制备燃料极层，将Ni金属与钇稳定氧化锆，或Ni金属与钇镐合金燃料极层靶材共溅射到金属支撑体上，其中，所述金属支撑体上具有多孔区域，以及沿所述金属支撑体外表面以及所述多孔区域的多孔内壁设置的保护涂层，所述燃料极层靶材覆盖所述多孔区域；

制备电解质层，将钇稳定氧化锆与钪稳定氧化锆，或钇金属，或镐金属，或钇镐合金电解质层靶材单溅射或共溅射到所述燃料极层上；

制备空气极层，将钇稳定氧化锆与La_1-xSr_xMnO₃，或钇镐合金与La_1-xSr_xMnO₃空气极层靶材共溅射到所述电解质层上，得到所述金属支撑单体。

在一种可选的实施例中，所述制备燃料极层步骤中，所述Ni金属或钇镐合金采用直流溅射模式，所述钇稳定氧化锆采用射频溅射模式；

在一种可选的实施例中，所述制备电解质层步骤中，所述钇稳定氧化锆或钪稳定氧化锆采用射频溅射模式，所述钇金属，所述镐金属，所述钇镐合金采用直流溅射模式。

在一种可选的实施例中，所述制备燃料极层步骤中，直流溅射功率为10W-300W，射频溅射功率为10W-300W，溅射时间为20min-50h。