CN100363116C

CN100363116C - 一种薄膜的浆料旋涂制备方法

Info

Publication number: CN100363116C
Application number: CNB2005100104105A
Authority: CN
Inventors: 陈孔发; 吕喆; 艾娜; 黄喜强; 张耀辉; 辛显双; 魏波; 李淑彦; 沙雪清; 苏文辉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: CN1748876A

Abstract

一种薄膜的浆料旋涂制备方法，涉及一种固体氧化燃料电池电解质薄膜的制备方法。现有的制备电解质薄膜存在成本高、耗时长的问题。本发明提供了一种薄膜的浆料旋涂制备方法，它依次包括以下五个步骤：a.电极支撑体的制备；b.粘结剂的配制；c.电解质浆料的配制；d.旋涂制备电解质薄膜；e.高温共烧结。本发明所述方法方便、快捷，制备出来的电解质薄膜用于组装的电池，输出结果高，性能稳定，是制备中低温固体氧化物燃料电池的一种优秀方法，利于推广应用。

Description

一种薄膜的浆料旋涂制备方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜的制备方法，特别是一种固体氧化燃料电池(SOFCs)电解质薄膜的浆料旋涂制备方法。

背景技术

固体燃料物燃料电池(SOFCs)是一种直接将化学能转化为电能的电化学发电装置，具有高效，低污染等优点，是一种极有潜力转为商业应用的发电技术。目前主要的问题需要把电池的工作温度从1000℃的高温降到600～800℃的中低温，以利于成本的降低。传统的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质，具有优异的综合性能，但是电导率偏低。如果能减小该电解质的厚度，如制备阳极支撑的YSZ薄膜电池，就能极大的减小内阻带来的损耗，使电池在中低温就能接近甚至高于高温的输出性能。

目前有各种制备阳极支撑的电解质薄膜的方法，如料浆涂布法(slurrycoating method)、溶胶—凝胶法(sol-gel coating method)、离心沉积法(centrifugal casting technique)等。溶胶—凝胶法是将配制好的电解质聚合物溶胶，通过旋涂方法(spin coating method)或者滴定方法(dip coatingmethod)制备到阳支撑体上。该方法能制备很薄的薄膜，但是需要重复多次，而且一次耗时太长，原料的成本也太高。Xingyan Xu等在CeramicsInternational，31(2005)1061-1064上报道了将YSZ的乙醇悬浊液，用旋涂方法制备到阳极支撑体上，但需要重复20多次才能得到约10μm的厚度，相当繁琐和耗时。

发明内容

本发明是为了解决现有的制备电解质薄膜存在成本高、耗时长的问题，提供了一种成本低、快捷、可重复性好和性能高的制备薄膜的方法。

一种薄膜的浆料旋涂制备方法，它依次包括以下五个步骤：a.电极支撑体的制备；b.粘结剂的配制：将乙基纤维素溶解于松油醇中配成粘结剂，乙基纤维素占粘结剂总质量的1～15％，溶解温度为25～100℃；c.电解质浆料的配制：将电解质材料和粘结剂混合配成电解质浆料，其中电解质材料占电解质浆料总质量的5～50％；d.用浆料旋涂方法制备电解质薄膜坯体：旋涂：将电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴电解质浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层电解质薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟；重复以上的旋涂—干燥过程，得到厚度为2～100μm的电解质薄膜坯体；e.高温共烧结：将所得到的电极支撑的电解质薄膜坯体在900～1500℃下烧结1～10小时，冷却后即得到目的产品。用本发明所述浆料旋涂方法制备出来的阳极支撑的电解质薄膜，成功地解决了现有的旋涂方法中原料成本高、耗时长等问题。本发明2～5次即可得到厚度在4～20μm的电解质薄膜，简单、快捷，制备出的薄膜气密性好，烧结后和电极支撑体之间的接触好，测试的电池稳定性高，性能优越，极大的提高了制备薄膜的效率，利于推广应用。

附图说明

图1为使用具体实施方式二十七所述方法制备电解质薄膜后，经组装得到的单电池在600～800℃时测得的输出特性曲线，图2为使用具体实施方式二十八所述方法制备电解质薄膜后，经组装得到的单电池在450～650℃测得的输出特性曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式依次包括以下五个步骤：a.电极支撑体的制备；b.粘结剂的配制：将乙基纤维素溶解于松油醇中配成粘结剂，乙基纤维素占粘结剂总质量的1～15％，溶解温度为25～100℃；c.电解质浆料的配制：将电解质材料和粘结剂混合配成电解质浆料，其中电解质材料占电解质浆料总质量的5～50％；d.用浆料旋涂方法制备电解质薄膜坯体：旋涂：将电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴电解质浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层电解质薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟；重复以上的旋涂—干燥过程，得到厚度为2～100μm的电解质薄膜坯体；e.高温共烧结：将所得到的电极支撑的电解质薄膜坯体在900～1500℃下烧结1～10小时，冷却后即得到目的产品。

具体实施方式二：本实施方式的具体操作过程依次如下：

a、阳极的制备：用沉淀法制备粒径范围在5～100nm的NiO微粉；称取NiO粉体和YSZ(8mol％Y₂O₃掺杂的ZrO₂)粉体，其中NiO的质量占总质量的30～70％，以无水乙醇作媒介，用行星式球磨机球磨混合球磨2～30小时，然后再加入前面混合物质量的0～50％的造孔剂，再混合球磨2小时，即得到阳极粉；所述造孔剂为面粉、活性碳、淀粉或石墨粉。称取烘干的阳极粉0.10～0.35g，在10～800MPa压强下压成直径为13mm的坯体，并在900℃～1400℃煅烧1～5小时，形成NiO-YSZ复合阳极支撑体；

b、粘结剂的配制：将乙基纤维素在溶解于松油醇中，其中乙基纤维素占粘结剂总质量的1～15％，溶解时松油醇的温度为25～100℃；

c、电解质浆料的配制：将YSZ(8mol％Y₂O₃掺杂的ZrO₂)和粘结剂混合研磨10分钟～2小时，配成电解质浆料，其中YSZ占电解质浆料总质量的5～50％；

d、旋涂制备电解质薄膜：将NiO-YSZ阳极支撑体置于KW-4A型台式匀胶机上，并在其中间放置一滴电解质浆料，以1～10krpm的转速，旋涂10秒～5分钟，即可得到一层电解质薄膜；将这一层的阳极支撑的电解质薄膜干燥处理，以便去除有机粘结剂，从室温以3～50℃/min的升温速率升至50～600℃，保持1～60分钟。重复以上的旋涂—干燥过程，直至得到需要的厚度：

e、高温共烧结：将制备好的阳极支撑的电解质薄膜放在程序升温高温电炉内，将程序升温高温电炉的温度从室温以1～20℃/min的升温速率升至900～1500℃后保持1～10小时，然后以1～10℃/min的降温速率降到室温即可，至此整个薄膜制备过程结束。

本实施方式中的YSZ为8m0l％Y₂O₃掺杂的ZrO₂，还可以用其它比例的氧化钇掺杂的氧化锆进行代替，只要符合(Y₂O₃)_x(ZrO₂)_1-x，x值为0～1即可，也都可以实现本发明的目的。

具体实施方式三：本实施方式是在NiO-SDC阳极上用浆料旋涂法制备SDC薄膜。与具体实施方式二不同的是，在a步骤的阳极的制备中，用甘氨酸—硝酸盐法制备Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC)电解质，并在800℃煅烧2小时，制得粒径范围在10～100nm的电解质微粉。将SDC电解质代替YSZ电解质，按照具体实施方式一的步骤a，即可得到NiO-SDC阳极。在其它的步骤中，用SDC代替YSZ电解质，并且SDC浆料旋涂在NiO-SDC阳极上。其它的同具体实施方式一。

本实施方式中的SDC还可以用其它碱土金属和/或稀土元素掺杂的氧化铈代替，也都可以实现发明目的，其中碱土金属为Ca、Sr、Ba中的一种或几种，稀土元素为La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种或几种；

具体实施方式四：本实施方式和具体实施方式二不同的是，在a步骤的阳极粉体中，加入质量占NiO和YSZ总质量0～40％的SDC粉体。其它的同具体实施方式一相同。作为一种电导率比YSZ更高的混合导电的电解质材料，SDC的加入有利于提高氧离子在阳极中的输送速率，同时又扩大了阳极的三相反应区，加速了阳极反应的进行，有利于提高整个电池的输出功率。而且SDC的加入，有利于调整阳极的烧结收缩，使之和电解质薄膜实现更好的共烧结。其它步骤同具体实施方式二。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，在d步骤制备的YSZ薄膜上，再用浆料旋涂方法制备SDC薄膜。SDC浆料的配制和薄膜的制备同具体实施方式三中的c步骤和d步骤，SDC薄膜的层数随需要的厚度而定。其它步骤同具体实施方式四。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同的是，用NiO-SDC阳极代替NiO-YSZ阳极。其它步骤同具体实施方式二。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，先在NiO-SDC阳极上用浆料旋涂方法制备SDC薄膜，然后再制备YSZ薄膜，其它步骤同具体实施方式六。

具体实施方式八：本实施方式和具体实施方式七不同的是，在阳极上制备了SDC薄膜和YSZ薄膜后，再在上面用浆料旋涂法制备SDC薄膜，形成阳极/SDC薄膜/YSZ薄膜/SDC薄膜的多层复合模式。其它的步骤同具体实施方式七。

具体实施方式九：本实施方式和具体实施方式七不同的是，用具体实施方式四中的阳极代替NiO-SDC阳极，其它的步骤同具体实施方式七。

具体实施方式十：本实施方式和具体实施方式九不同的是，在阳极/SDC薄膜/YSZ薄膜结构上，再制备SDC薄膜。其它的步骤同具体实施方式九。

具体实施方式十一：本实施与具体实施方式三不同的是，把a步骤中制备的NiO-SDC阳极，改为采用阴极材料和SDC的混合物制备的阴极支撑体。阴极材料为La_1-xSr_xMnO₃(x值为0～1)，或La_1-xSr_xCoO₃(x值为0～1)，或La_1-xSr_xFeO₃(x值为0～1)，或La_1-xSr_xFe_1-yCo_yO₃(x，y的值都为0～1)，或Ba_1-xSr_xFe_1-yCo_yO₃(x，y的值都为0～1)或Sm_1-xSr_xCoO₃(x的值为0～1)。将其中的一种阴极材料和SDC粉体均匀混合，其中阴极材料占混合物总质量的30～100％，然后再加入前面混合物总质量0～50％的造孔剂，所说的造孔剂是面粉、活性碳、淀粉或石墨粉，再混合均匀。取混合物0.15～0.40g，在10～800MPa压强下压成直径为13mm的坯体，并在900℃～1400℃煅烧1～5小时，形成阴极-SDC支撑体。其它步骤同具体实施方式三。

具体实施方式十二：本实施方式和具体实施方式十一不同的是，在阴极支撑体/SDC薄膜结构上，再用浆料旋涂法制备YSZ薄膜，其它步骤同具体实施方式十一。根据不同的目的，可以将本具体实施方式的作用分为两条：一、当以SDC作为主体膜层时，YSZ薄膜可以防止由于SDC电子导电所造成的阳极与阴极之间的漏电，从而提高电池的开路电压；二、当以YSZ为主体膜层时，SDC薄层起到隔离层的作用，避免因阴极和YSZ直接接触，而导致高温烧结时生成不利的杂质相。

具体实施方式十三：本实施方式和具体实施方式二不同的是，在a步骤中制备的NiO-YSZ阳极，改为采用La_1-xSr_xMnO₃(LSM，x值为0-1)与电解质材料(YSZ或者SDC)混合物制备的复合阴极作支撑体。将LSM和电解质材料均匀混合，其中阴极材料占混合物总质量的30～100％，然后再加入前面混合物总质量0～50％的造孔剂，再混合均匀，所说的造孔剂为面粉、活性碳、淀粉或石墨粉。取混合物0.15～0.40g，在10～800MPa压强下压成直径为13mm的坯体，并在900℃～1400℃煅烧1～5小时，形成阴极—电解质支撑体。其它步骤同具体实施方式二。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是，在LSM-SDC复合阴极上先制备SDC薄层，然后再制备YSZ薄膜。其它步骤同具体实施方式十三。

具体实施方式十五：本实施方式和具体实施方式二不同的是，在a步骤制备的NiO-YSZ阳极上，用浆料旋涂法制备多层、NiO质量分数不断减小的梯度NiO-YSZ阳极过渡层。粘结剂的配制同具体实施方式二中的b步骤。将NiO、YSZ和造孔剂混合均匀，其中造孔剂和NiO分别占NiO和YSZ总质量的0～50％和0～70％，所说的造孔剂为面粉、活性碳、淀粉或石墨粉。将阳极粉与粘结剂混合均匀，其中粘结剂占混合物总质量的50～95％。在具体实施方式二a步骤制备的NiO-YSZ阳极基片上，旋涂多层NiO-YSZ浆料，制备阳极过渡层，每层在50～600℃烘1～60分钟。第一层过渡层中的NiO和YSZ的质量比和阳极基片中NiO-YSZ的质量比相同，随着过渡层层数的增加，NiO和YSZ的质量比在不断减小。至此阳极基底制备结束，可以直接在上面旋涂电解质浆料，其它步骤同具体实施方式一。梯度阳极过渡层的制备，有利于改善阳极和电解质层的界面性能，使电解质和阳极之间实现更好的共烧结，提高二者之间的热匹配。在过渡层中加入比阳极基底更少的造孔剂，有利于减小燃料气体对电解质膜层的直接冲击，起到缓冲的作用，从而提高电池的寿命。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是，本实施方式是在NiO-YSZ阳极基底上用料浆旋涂法制备不加造孔剂的NiO-YSZ过渡电极层。该过渡电极层的NiO/YSZ的质量比和基底阳极的质量比相同。它的配制过程及旋涂过程为：

在b步骤与c步骤之间或c步骤与d步骤之间加入“过渡电极层浆料的配制”过程：将所述过渡电极层材料和粘结剂混合配成过渡电极层浆料，其中过渡电极层材料占过渡电极层浆料总质量的5～50％；

c步骤与d步骤之间加入“旋涂制备过渡电极层坯体”过程：旋涂：将电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴过渡电极层浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层过渡电极层薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟；重复以上的旋涂—干燥过程，得到厚度为2～50μm的过渡电极层坯体，将该坯体在300～1500℃煅烧10分钟～5小时即可；

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式三不同的是，在a步骤制备好的NiO-SDC阳极上，用浆料旋涂法制备多层、NiO质量分数不断减小的、梯度NiO-SDC阳极过渡层，随着过渡层数的增加，SDC在增加。此过渡层的制备和具体实施方式十五的a步骤不同的是，阳极中的电解质用的是Sm_0.2Ce_0.8O_1.9，而不是YSZ。在制备了过渡层的NiO-SDC基底上，可以直接旋涂电解质浆料。其它的步骤同具体实施方式三。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十七不同的是，本实施方式是在NiO-YSZ阳极基底上，用料浆旋涂法制备不加造孔剂的NiO-SDC过渡电极层。该过渡电极层的NiO/SDC的质量比和基底阳极的质量比相同。其他的步骤同具体实施方式十七。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式二不同的是，将a步骤中压制的阳极，改成将阳极粉体混合粘结剂，用浆料旋涂法制备在1000～1600℃高温烧结的多孔支撑体(如CeO₂或CeO₂基的电解质，ZrO₂或ZrO₂基的电解质，必须保证支撑体和阳极粉体不反应生成不利的成分)上，然后直接在阳极薄膜上制备YSZ薄膜。其它的步骤同具体实施方式二。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式三不同的是，将a步骤中压制的阳极，改成将阳极粉体混合粘结剂，用浆料旋涂法制备在1000～1600℃高温烧结的多孔支撑体(如CeO₂或CeO₂基的电解质，ZrO₂或ZrO₂基的电解质，必须保证所选的支撑体和阳极粉体不反应生成不利的成分)上，然后直接在阳极薄膜上制备SDC薄膜。其它的步骤具体实施方式三。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十九不同的是，在制备的阳极薄膜/YSZ薄膜结构上直接用浆料旋涂法制备LSM-YSZ复合阴极。其它的同具体实施方式十九。

具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十九不同的是，在制备的阳极薄膜/SDC薄膜结构上直接用浆料旋涂法制备阴极材料-SDC复合阴极。其它的同具体实施方式十九。

具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十一不同的是，将实施方式十一中的混合阴极粉体和粘结剂混合，用浆料旋涂方法制备在1000～1600℃高温烧结的多孔支撑体上(如CeO₂或CeO₂基的电解质或阴极材料上，必须保证所选的支撑体和复合阴极粉体不反应生成不利的成分)，然后直接在阴极薄膜上制备SDC薄膜，然后直接用浆料旋涂方法制备具体实施方式三的a步骤的阳极粉体。其它的步骤同具体实施方式十一。

具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是，将实施方式十三中的复合阴极粉体和粘结剂混合，用浆料旋涂方法制备在1000～1600℃高温烧结的多孔支撑体上(如CeO₂或CeO₂基的电解质，LaMnO₃或LaMnO₃基阴极上，必须保证所选的支撑体和阴极粉体不反应生成不利的成分)，然后直接在复合阴极薄膜上制备YSZ薄膜，然后直接用浆料旋涂方法制备具体实施方式二的a步骤的阳极粉体。其它的步骤同具体实施方式十三。

具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，阳极支撑体或阴极支撑体的制备方法为：制备电极薄膜浆料：将所述的阳极或阴极支撑体的初始粉体与粘结剂混合形成复合阳极或阴极浆料，其中粘结剂占复合阳极或阴极浆料总质量的50-95％；将电极薄膜浆料复合到多孔支撑体上：将复合阳极或阴极浆料用浆料旋涂方法制备到不与复合阳极或阴极材料反应的多孔支撑体上，形成受支撑的阳极或阴极薄膜基底；将复合有阳极或阴极薄膜基底的多孔支撑体在50～600℃干燥，并保持1～60分钟，即得到所述阳极支撑体或阴极支撑体；所述不与复合阴极材料反应的多孔支撑体的原料为氧化锆、氧化钇掺杂的氧化锆、氧化铝、氧化铈或DCO中的一种；所述不与复合阳极反应的多孔支撑体的原料为氧化锆、氧化钇掺杂的氧化锆、氧化铈或DCO中的一种；所述多孔支撑体的制备方法为：将所述多孔支撑体的原料加入占其质量1-80％的造孔剂，混合均匀后，在10～800MPa的压强下压成初始坯体，然后在900～1600℃煅烧1～10小时即可。所述的复合阳极或阴极支撑体的初始粉体，指的是电极支撑体在未压制和煅烧前的、混合均匀的粉体。

具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式二不同之处在于，在实施方式二的d步骤之后加入复合“电极薄膜”过程：对于阳极支撑体上复合有电解质薄膜的，在所述电解质薄膜之外复合阴极薄膜；对于阴极支撑体上复合有电解质薄膜的，在所述电解质薄膜之外复合阳极薄膜；所述复合“电极薄膜”过程为，将电极薄膜浆料用浆料旋涂方法制备到电解质薄膜上，然后在50～600℃干燥，并保持1～60分钟即可。

所述浆料旋涂方法为：旋涂：将复合有电解质薄膜的电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴电极薄膜浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层电极薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟；重复以上的旋涂—干燥过程，得到厚度为2～100μm的电极薄膜坯体；

具体实施方式二十七：本实施方式为利用本发明所述方法制备的阳极支撑的电解质薄膜组装成电池，进行燃料电池性能测试实验，其步骤如下：

NiO-YSZ阳极支撑的YSZ薄膜电池的浆料旋涂法制备：该具体的制备步骤同具体实施方式二，一些具体的参数和步骤如下：a、将NiO，YSZ和面粉按照5∶5∶2的质量比混合；称取0.25g的阳极粉，用520MPa的压强压成直径为13mm的坯体，在1100℃煅烧2小时；b、松油醇和乙基纤维素按照93∶7的质量比混合配成粘结剂，YSZ粉体和粘结剂按照25∶75的质量比混合；在阳极支撑体上以6000rpm的转速，保持60秒，每层在400℃烘10分钟，最后一层在80℃烘20分钟，共旋涂四层的YSZ薄膜，在1400℃烧结4小时，平均升温速率为3℃/min；c、用Pechini法制备La0.7Sr_0.3MnO₃(LSM)阴极，用浆料旋涂法制备在YSZ薄膜上，在1100℃烧结2小时，然后将SDC的硝酸盐溶液浸渍到LSM阴极上，850℃烧结1小时，重复两次；d、封装电池，用四电极测试。用Solartron SI1287电化学界面和SI1260阻抗谱分析仪测试电池的性能。在650℃通氢气还原阳极，当开路电压(OCV)达到1.0V以上，就可以进行电池性能的测试。测试温度范围为600～800℃。图1为单电池在600～800℃测得的输出特性曲线。单电池800℃的OCV约为1.09V，接近理论值，说明电解质薄膜气密性相当好；最高功率密度达到约1.1W/cm²。750，700，650，600℃的最高功率密度分别为0.85，0.56，0.30，0.16 W/cm²，这些优良的结果充分表明了本发明的优越性。

具体实施方式二十八：本实施方式为利用本发明所述方法制备的阳极支撑的电解质薄膜组装成电池，进行燃料电池性能测试实验，其步骤如下：

NiO-SDC阳极支撑的SDC薄膜电池的浆料旋涂法的制备：该具体的制备步骤同具体实施方式二，一些具体的参数和步骤如下：a、将NiO，SDC和面粉按照5∶5∶2的质量比混合。称取0.25g的阳极粉，用400MPa的压强压成直径为13mm的坯体，在1000℃煅烧2小时。b、松油醇和乙基纤维素按照92∶8的质量比混合配成粘结剂，SDC粉体和粘结剂按照31∶69的质量比混合。在阳极支撑体上以6000rpm的转速，保持120秒，每层在400℃烘10分钟，最后一层在80℃烘20分钟，共旋涂上五层的SDC浆料，最后在1400℃烧结4小时，平均升温速率为3℃/min。c、用EDTA-Pechini法制备Ba_0.5Sr_0.5Co_0.6Fe_0.4O₃(BSCF)阴极，和SDC按照7∶3的质量比混合，用浆料旋涂法制备到YSZ薄膜上，在1050℃烧结4小时。d、封装电池，用四电极测试。用Solartron SI1287电化学界面和SI1260阻抗谱分析仪测试电池的性能。在600℃通氢气还原阳极，当NiO完全被还原成Ni，就可以进行电池性能的测试。测试温度范围为450～650℃。图2为单电池在450～650℃测得的输出特性曲线。单电池650℃的OCV为0.729V，最高功率密度为869 mW/cm²；600，550，500，450℃的最高功率密度分别为648，388，225，103mW/cm²，这些优良的结果充分表明了本发明的优越性。

Claims

1.一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于它依次包括以下五个步骤：

a.电极支撑体的制备；

b.粘结剂的配制：将乙基纤维素溶解于松油醇中配成粘结剂，乙基纤维素占粘结剂总质量的1～15％，溶解温度为25～100℃；

c.电解质浆料的配制：将电解质材料和粘结剂混合配成电解质浆料，其中电解质材料占电解质浆料总质量的5～50％；

d.用浆料旋涂方法制备电解质薄膜坯体：旋涂：将电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴电解质浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层电解质薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟；

重复以上的旋涂-干燥过程，得到厚度为2～100μm的电解质薄膜坯体；

e.高温共烧结：将所得到的电极支撑的电解质薄膜坯体在900～1500℃下烧结1～10小时，冷却后即得到目的产品。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于所述电解质材料为DCO和/或YSZ，所述DCO指碱土金属和/或稀土元素掺杂的氧化铈，其中碱土金属为Ca、Sr、Ba中的一种或几种，稀土元素为La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种或几种；所述YSZ指(Y₂O₃)_x(ZrO₂)_1-x，x值为0～1，即氧化钇掺杂的氧化锆。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于所述电极支撑体上的电解质薄膜的结构为：内层是DCO薄膜、外层是YSZ薄膜；或者，内层是YSZ薄膜、外层是DCO薄膜；或者，内层是DCO薄膜、中间层是YSZ薄膜、外层是DCO薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于在d步骤之后加入复合“电极薄膜”过程：对于阳极支撑体上复合有电解质薄膜的，在所述电解质薄膜之外复合阴极薄膜；对于阴极支撑体上复合有电解质薄膜的，在所述电解质薄膜之外复合阳极薄膜；所述复合“电极薄膜”过程为，将电极薄膜浆料用浆料旋涂方法制备到电解质薄膜上，然后在50～600℃干燥，并保持1～60分钟即可。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于a步骤所述的电极支撑体为NiO-YSZ复合阳极支撑体、NiO-YSZ-DCO复合阳极支撑体、NiO-DCO复合阳极支撑体、LSM-YSZ复合阴极支撑体、固体氧化物燃料电池的阴极材料-DCO复合阴极支撑体中的一种；

各电极支撑体的初始粉体所含成分的具体比例为：

NiO-YSZ复合阳极支撑体：NiO和造孔剂分别占NiO和YSZ总质量的30～70％和0～50％；

NiO-YSZ-DCO复合阳极支撑体：NiO、DCO和造孔剂分别占NiO和YSZ总质量的30～70％，0～40％和0～50％；

NiO-DCO复合阳极支撑体：NiO和造孔剂分别占NiO和DCO总质量的30～70％和0～50％；

LSM-YSZ复合阴极支撑体：LSM和造孔剂分别占LSM和YSZ总质量的30～100％和0～50％；

固体氧化物燃料电池的阴极材料-DCO复合阴极支撑体：阴极材料和造孔剂分别占这种阴极材料和DCO总质量的30～100％和0～50％；

所述DCO指碱土金属和/或稀土元素掺杂的氧化铈，其中碱土元素为Ca、Sr、Ba中的一种或几种，稀土元素为La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种或几种；所述YSZ指(Y₂O₃)_x(ZrO₂)_1-x，x值为0～1，即氧化钇掺杂的氧化锆；所述LSM指La_1-xSr_xMnO₃，x的值为0～1；

所述造孔剂为面粉，淀粉，活性碳粉或石墨粉。

6.根据权利要求5所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于所述各成分复合的阳极支撑体或阴极支撑体的制备方法为：将所述阳极支撑体或阴极支撑体的初始粉体与造孔剂均匀混合，在10～800MPa的压强下压成初始坯体，然后在900～1400℃煅烧1～5小时即可；

7.根据权利要求6所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于在电极支撑体与电解质薄膜之间加入过渡电极层，所述过渡电极层内不含造孔剂，其它成分及各成分之间的质量比例与其基底的电极支撑体相同；

它的配制过程及旋涂过程为：

c步骤与d步骤之间加入“旋涂制备过渡电极层坯体过程”：旋涂：将电极支撑体置于匀胶机上，并在其中间放置一滴过渡电极层浆料，以1～10krpm的转速，保持10秒～5分钟，得到一层过渡电极层薄膜；干燥：在50～600℃干燥，并保持1～60分钟。重复以上的旋涂-干燥过程，得到厚度为2～50μm的过渡电极层坯体，将该坯体在300～1500℃煅烧10分钟～5小时即可；

8.根据权利要求6所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于在电极支撑体与电解质薄膜之间加入过渡电极层，所述过渡电极层的成分与其复合的电极支撑体成分相同、但随着过渡层层数的增加，除造孔剂以外的过渡层中的电解质成分所占的质量比在依次增加。

9.根据权利要求5所述的一种薄膜的浆料旋涂制备方法，其特征在于所述各成分复合的阳极支撑体或阴极支撑体的制备方法为：

制备电极薄膜浆料：将所述的阳极或阴极支撑体的初始粉体与粘结剂混合形成复合阳极或阴极浆料，其中粘结剂占复合阳极或阴极浆料总质量的50-95％；

将电极薄膜浆料复合到多孔支撑体上：将复合阳极或阴极浆料用浆料旋涂方法制备到不与复合阳极或阴极材料反应的多孔支撑体上，形成受支撑的阳极或阴极薄膜基底；将复合有阳极或阴极薄膜基底的多孔支撑体在50～600℃干燥，并保持1～60分钟，即得到所述阳极支撑体或阴极支撑体；

所述不与复合阴极材料反应的多孔支撑体的原料为氧化锆、氧化钇掺杂的氧化锆、氧化铝、氧化铈或DCO中的一种；所述不与复合阳极反应的多孔支撑体的原料为氧化锆、氧化钇掺杂的氧化锆、氧化铈或DCO中的一种；所述多孔支撑体的制备方法为：将所述多孔支撑体的原料加入占其质量1-80％的造孔剂，混合均匀后，在10～800MPa的压强下压成初始坯体，然后在900～1600℃煅烧1～10小时即可。