[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法

说明书

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法，方法包括：提供阳极基底，阳极基底包括金属支撑体以及位于金属支撑体上的燃料极层，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，燃料极层覆盖多孔区域；在阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，包括在阳极基底上依次溅射阻挡层和主电解质层，阻挡层以Zr基材料或Ce基材料为基底，主电解质层以Ce基材料或Zr基材料为基底，电解质薄膜总厚度不大于20nm‑40μm。本发明采用磁控溅射法制备双电解质致密层，可以有效的降低电解质的厚度，减小内阻损失。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种能量转换装置，能够高效的将燃料气（如氢气、天然气、煤气等）中的化学能转换成电能和热能，且不需要贵金属催化剂，采用全固态结构，低排放低噪音，是理想的分散电站和集中电站技术，也可以应用于车辆辅助电源、便携式电源等。为了降低制造成本，提高电池长期稳定性和可靠性，缩短启动时间，降低固体氧化物燃料电池的运行温度成为了国内外研发的重点。

降低电池运行温度可以通过改变电解质材料的厚度，改善电极与电解质的接触性能，从总体上降低电池的欧姆电阻。相关技术通过磁控溅射法以CeO₂作为靶材溅射电解质层。

但是上述方法制备的电解质内阻过高，CeO₂电解质电子电导率较高，会出现漏电现象。

发明内容

本发明提供一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法，可以解决上述方法制备的电解质内阻过高，CeO₂电解质电子电导率较高，会出现漏电现象的技术问题。

本发明的技术方案如下所示：

一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法，所述方法包括：

提供阳极基底，所述阳极基底包括金属支撑体以及位于所述金属支撑体上的燃料极层，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，所述燃料极层覆盖所述多孔区域；

在所述阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，包括在所述阳极基底上依次溅射阻挡层和主电解质层，所述阻挡层以Zr基材料或Ce基材料为基底，所述主电解质层以Ce基材料或Zr基材料为基底，所述电解质薄膜总厚度不大于20nm-40μm。

在一种可选的实施例中，所述Zr基材料包括氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）或氧化钪稳定的氧化锆（SSZ）；

所述Ce基材料包括氯化钆掺杂的氧化铈（GDC）或氧化钐掺杂的氧化铈（SDC）。

在一种可选的实施例中，所述阻挡层以YSZ为基底时，包括采用Y/Zr合金或者YSZ陶瓷材料为靶材进行溅射得到；

所述阻挡层以SSZ为基底时，包括采用Sc/Zr合金或者SSZ陶瓷材料为靶材进行溅射得到。

在一种可选的实施例中，所述Y/Zr合金与所述Sc/Zr合金采用直流溅射方式溅射，所述YSZ陶瓷材料与所述SSZ陶瓷材料采用射频溅射方式溅射。

在一种可选的实施例中，所述Y/Zr合金与所述Sc/Zr合金直流溅射功率为10W-200W，偏压为-10V~-200V，所述YSZ陶瓷材料与所述SSZ陶瓷材料射频溅射功率为10-200W，气体选用 O₂和Ar的混合气， O₂和Ar的气体比率为1/2-1/20，气体流速为10sccm-50sccm，室内压强为0.1Pa-10Pa。

在一种可选的实施例中，所述阻挡层以YSZ为基底，或以SSZ为基底时，基底温度为室温至800℃，基底转速为1rpm-20rpm，基底与靶材间距为2cm-15cm，溅射时间为2h-20h，得到的阻挡层厚度为10nm-20μm。