CN105967689B - 一种电解质薄膜材料的制备方法 - Google Patents

一种电解质薄膜材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电解质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；对所述浆料进行流延、烧结，得到电解质薄膜材料；所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。根据实施例的检测结果可知，本申请得到的电解质薄膜材料在800℃一下依然具有良好的导电性能，最高能够达到16×10‑4S/mm。

Description

一种电解质薄膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及燃料电池电解质技术领域，尤其涉及一种电解质薄膜材料的制备方法。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池(PEMFC)一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。
SOFC主要组成部分有电解质、阳极、阴极和连接体或电极分离器。SOFC中电解质是电池的核心，一般采用氧化物陶瓷制作，即烧结固溶体电解质-完全稳定化的ZrO2。电解质的性能直接决定着电池的工作温度和性能。
目前，用作电解质的材料很多，例如较为常见的材料为Y2O3稳定ZrO2(简称YSZ)，它的离子电导率在氧分压变化十几个数量级时，都不发生明显的变化。然而，传统电解质得到的SOFC需要在800～1000℃高温下运行，从而限制了SOFC的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解质薄膜材料的制备方法，实现固体氧化物燃料电池的中温化。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种电解质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；
对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；
将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；
将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；
对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；
对所述浆料进行成膜、烧结，得到电解质薄膜材料；
所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。
优选的，所述Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物中NiO的体积百分数为40～60％。
优选的，所述基物和酒精的质量比为1:(0.8～1.5)。
优选的，所述第一次研磨的转速为75～85r/min；
所述第二次研磨的转速为75～85r/min；
所述第三次研磨的转速为75～85r/min。
优选的，所述第一次研磨的时间为5～10小时；
所述第二次研磨的时间为15～30小时；
所述第三次研磨的时间为5～25小时；
所述手磨的时间为1～2小时；
所述除泡的时间为0.5～1小时。
优选的，所述烧结的温度为1300～1400℃。
优选的，所述分散剂为三乙醇胺和/或聚丙烯酸。
优选的，所述粘结剂为聚乙烯醇粘结剂；
所述增塑剂为聚乙二醇增塑剂。
本发明还提供了上述制备方法制备的电解质薄膜材料，其特征在于，所述电解质薄膜材料在800℃以下具有导电性，电导率为(1～16)×10-4S/mm。
本发明提供了一种电解质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；对所述浆料进行成膜、烧结，得到电解质薄膜材料；所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。根据实施例的检测结果可知，本申请得到的电解质薄膜材料在800℃以下依然具有良好的导电性能，最高能够达到16×10-4S/mm。
附图说明
图1为本发明实施例1中SCD粉体的XRD图；
图2为本发明实施例1中电解质薄膜材料的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1中电解质薄膜材料在750℃下的阻抗平面图；
图4为本发明实施例1中电解质薄膜材料在700℃下的阻抗平面图；
图5为本发明实施例1中电解质薄膜材料在650℃下的阻抗平面图；
图6为本发明实施例1中电解质薄膜材料在600℃下的阻抗平面图；
图7为本发明实施例1中电解质薄膜材料在550℃下的阻抗平面图；
图8为本发明实施例2中电解质薄膜材料的扫描电镜图；
图9为本发明实施例2中电解质薄膜材料的断面图；
图10为本发明实施例2中电解质薄膜材料在550℃下的阻抗平面图；
图11为本发明实施例2中电解质薄膜材料在600℃下的阻抗平面图；
图12为本发明实施例2中电解质薄膜材料在650℃下的阻抗平面图；
图13为本发明实施例2中电解质薄膜材料在700℃下的阻抗平面图；
图14为本发明实施例2中电解质薄膜材料在750℃下的阻抗平面图。
具体实施方式
本发明提供了一种电解质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；
对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；
将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；
将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；
对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；
对所述浆料进行成膜、烧结，得到电解质薄膜材料；
所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。
本发明将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物。本发明对所述酒精的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的酒精即可。在本发明中，所述酒精优选为分析纯。在本发明中，所述基物和酒精的质量比优选为1:(0.8～1.5)，更优选为1:(0.9～1.3)，最优选为1:(1.0～1.2)。
在本发明中，所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。在本发明中，所述Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物中NiO的体积百分数优选为40～60％，更优选为43～55％，最优选为45～50％。
本发明对所述NiO的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的NiO的市售商品即可。本发明对所述Ce0.8Sm0.2O1.9的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的Ce0.8Sm0.2O1.9即可。在本发明中，所述Ce0.8Sm0.2O1.9优选为自制产品。
在本发明中，所述Ce0.8Sm0.2O1.9的制备方法优选包括以下步骤：
将Sm(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和水进行混合，得到反应体系；
调节所述反应体系的pH值为9～10，产生沉淀；
对所述沉淀进行洗涤、烘干和烧结，得到所述Ce0.8Sm0.2O1.9。
本发明将Sm(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和水进行混合，得到反应体系。本发明对所述Sm(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和水的混合顺序没有特殊要求，能够使得Sm(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·6H2O被水溶解即可。在本发明中，所述Sm(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·6H2O的物质的量之比优选为(1～3):(5～10)，更优选为2:(6～9)，最优选为2:8；所述Sm(NO3)3·6H2O的物质的量和水的体积比优选为(1～3)mol:(600～800)mL，更优选为(1～3)mol:(650～750)mL，最优选为2mol:700mL。
本发明对所述Sm(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·6H2O的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的Sm(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·6H2O即可，具体的可以为Sm(NO3)3·6H2O和Ce(NO3)3·6H2O的市售产品。在本发明中，所述水优选为蒸馏水。
得到所述反应体系之后，本发明调节所述反应体系的pH值为9～10，产生沉淀。本发明优选使用氨水调节所述反应体系的pH值为9～10。在本发明中，所述氨水的体积浓度优选为5～15％，更优选为7～12％，最优选为10％。本发明优选将氨水滴加到所述反应体系中。在本发明中，所述滴加的速度优选为5～15滴/分钟，更优选为7～13滴/分钟，最优选为10滴/分钟。本发明优选在所述滴加的同时搅拌反应体系。本发明对所述搅拌的速度没有特殊要求，能够使得反应体系混合均匀即可。
得到所述沉淀之后，本发明对所述沉淀进行洗涤、烘干和烧结，得到所述Ce0.8Sm0.2O1.9。本发明优选在所述洗涤之前，先对得到的沉淀进行过滤。本发明对所述过滤的具体方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的过滤操作即可。在本发明中，所述洗涤优选包括水洗和酒精洗；在本发明中，所述水洗优选采用去离子水进行；所述水洗的次数优选为三次。本发明优选在所述水洗之后进行酒精洗，所述酒精洗的次数优选为三次。在本发明中，所述酒精优选为分析纯。
所述洗涤之后，本发明优选对洗涤后的沉淀进行烘干。在本发明中，所述烘干的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃，最优选为80℃。本发明对所述烘干的时间没有特殊要求，能够将所述沉淀烘干即可。在本发明中，所述烘干优选在烘干箱中进行。
所述烘干之后，本发明优选对所述烘干后的沉淀进行烧结。在本发明中，所述烧结的温度优选为600～750℃，更优选为620～730℃，最优选为650～700℃。在本发明中，所述烧结的时间优选为3～7小时，具体的可以为3小时、4小时、5小时、6小时或7小时。在本发明中，所述烧结优选在马弗炉或电解质炉中进行。
所述烧结之后，本发明优选对所述烧结后的产物进行研磨，得到Ce0.8Sm0.2O1.9。在本发明中，所述Ce0.8Sm0.2O1.9的粒径优选为16～20nm，具体的可以为16nm、17nm、18nm、19nm或20nm。
在本发明中，所述第一次研磨的转速优选为75～85r/min，更优选为77～83r/min，最优选为79～81r/min；所述第一次研磨的时间优选为5～10小时，具体的可以为5小时、6小时、7小时、8小时、9小时或10小时。在本发明中，所述第一次研磨优选在球磨机中进行。
得到所述得到第一次研磨物之后，本发明对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物。本发明优选在手磨之前对所述第一次研磨物进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃，最优选为80℃。本发明对所述干燥的时间没有特殊要求，能够将所述第一次研磨物烘干即可。在本发明中，所述干燥优选在烘干箱中进行。
在本发明中，所述手磨的时间优选为1～2小时。本发明对所述手磨的速度没有特殊限制，采用本领域技术人员所常用的物体粉体的研磨速度进行即可。在本发明中，所述手磨优选在玛瑙研磨钵中进行。
得到所述手磨物之后，本发明将手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物。在本发明中，所述分散剂优选为三乙醇胺和/或聚丙烯酸。在本发明中，此处所述水优选为去离子水。本发明对所述手磨物、分散剂和水的混合顺序没有特殊要求，三者可以以任意顺序进行混合。本发明优选将分散剂和水的混合物加入手磨物中。本发明对所述分散剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的分散剂即可，具体的可以为分散剂的市售产品。
在本发明中，所述第二次研磨的转速优选为75～85r/min，更优选为77～83r/min，最优选为79～81r/min；所述第二次研磨的时间优选为15～30小时，更优选为17～28小时，最优选为20～24小时。在本发明中，所述第二次研磨优选在玛瑙球磨罐中进行。
得到所述第二次研磨物之后，本发明将所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物。在本发明中，所述粘结剂优选为聚乙烯醇粘结剂；所述增塑剂优选为聚乙二醇增塑剂。在本发明中，所述粘结剂和增塑剂的质量比优选为1:(0.5～1.5)，更优选为1:(0.8～1.2)，最优选为1:1。本发明对所述粘结剂和增塑剂的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的粘结剂和增塑剂即可，具体的可以为粘结剂和增塑剂的市售产品。本发明对所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的的混合顺序没有特殊要求，三者可以以任意顺序进行混合。
在本发明中，所述第三次研磨的转速优选为75～85r/min，更优选为77～83r/min，最优选为79～81r/min；所述第三次研磨的时间优选为5～25小时，更优选为10～24小时，最优选为15～20小时。在本发明中，所述第三次研磨优选在玛瑙球磨罐中进行。
本发明优选在添加所述粘结剂之前先对所述粘结剂进行溶解。在本发明中，所述溶解的温度优选为80～100℃，更优选为95～99℃，最优选为96～98℃。在本发明中，所述溶解的溶剂优选为水，更优选为去离子水。
得到所述第三次研磨物之后，本发明对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料。在本发明中，所述除泡所用物质优选为除泡剂和表面活性剂。在本发明中，所述除泡剂优选为磷酸三丁酯。在本发明中，所述除泡的时间为0.5～1小时，具体的可以为0.5小时、0.6小时、0.7小时、0.8小时、0.9小时或1小时。在本发明中，所述除泡操作优选在真空条件下进行。本发明对所述真空条件的真空度没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合浆料真空除泡的真空度即可。
得到所述浆料之后，本发明对所述浆料进行成膜和烧结，得到电解质薄膜材料。本发明对所述成膜的具体操作方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的成膜技术进行操作即可，具体的可以为流延成膜。在本发明中，所述流延优选在流延机上进行。本发明对所述成膜的尺寸没有特殊要求，根据具体的产品型号要求而定。在本发明中，所述电解质薄膜材料的成膜厚度优选为30～500μm，更优选为50～400μm，最优选为100～250μm。在本发明中，所述烧结的温度优选为1300～1400℃，更优选为1320～1380℃，最优选为1350℃。
本发明提供了一种电解质薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；对所述浆料进行流延、烧结，得到电解质薄膜材料；所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。根据实施例的检测结果可知，本申请得到的电解质薄膜材料在800℃一下依然具有良好的导电性能，最高能够达到16×10-4S/mm。
下面结合实施例对本发明提供的电解质薄膜材料的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将2molSm(NO3)3·6H2O、8molCe(NO3)3·6H2O和700mL水，得到反应体系。将体积浓度为10％的氨水以10滴/分钟的速度滴加到反应体系中，逐渐产生沉淀，当反应体系的pH值为9.4时停止滴加。过滤所述得到的沉淀，并依次用去离子水和分析纯的酒精分别洗涤3次。所述洗涤之后，将得到的沉淀在80℃的烘箱中进行烘干。将烘干后的沉淀在电解炉中600℃条件下烧结5个小时，并研磨至粒径为16～20nm，得到Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)。
将SDC和酒精按照质量比为1:1进行混合，以85r/min的转速在球磨机中研磨8小时。然后在80℃下干燥，使所述酒精挥发干净。所述干燥之后，在玛瑙研磨钵中手磨1小时。所述手磨之后，将手磨得到的粉体倒入玛瑙球磨罐中，再加入分散剂三乙醇胺和去离子水，以85r/min的转速球磨24小时。
用去离子水在80℃温度下水浴聚乙烯醇粘结剂，使得聚乙烯醇粘结剂充分溶解。将溶解好的粘结剂和聚乙二醇增塑剂与粉体混合，在玛瑙球磨罐中继续以85r/min的转速球磨24小时。将球磨好的浆料中加入磷酸三丁酯除泡剂和表面活性剂，在真空条件下除气半个小时。将除气后的浆料在流延机上进行流延，干燥，然后在1400℃温度下烧结，得到电解质薄膜材料。
本发明对得到的SDC粉体进行了X射线衍射分析，XRD分析结果如图1所示，图1为本发明实施例1中SCD粉体的XRD图。从图1中能够知道，其衍射峰均与表征卡片中Ce0.8Sm0.2O1.9的立方相萤石结构吻合，表面所述粉体为Ce0.8Sm0.2O1.9。此外，衍射峰较宽，峰型较尖锐，物相纯度较好。
本发明还对本实施例得到的电解质薄膜材料的形貌和电性能进行了检测。所述电解质薄膜材料的扫描电镜图如图2所示，图2为本发明实施例1中电解质薄膜材料的扫描电镜图。由图2可知，电解质薄膜材料表面非常致密。
所述电解质薄膜材料在不同测试温度下的阻抗分别如图3～7所示，电导率如表1所示。其中，图3为本发明实施例1中电解质薄膜材料在750℃下的阻抗平面图；图4为本发明实施例1中电解质薄膜材料在700℃下的阻抗平面图；图5为本发明实施例1中电解质薄膜材料在650℃下的阻抗平面图；图6为本发明实施例1中电解质薄膜材料在600℃下的阻抗平面图；图7为本发明实施例1中电解质薄膜材料在550℃下的阻抗平面图；表1为本发明实施例1得到的SDC电解质薄膜材料在不同温度下的电导率。
表1 本发明实施例1得到的SDC电解质薄膜材料在不同温度下的电导率
温度(℃) 750℃ 700℃ 650℃ 600℃ 550℃
电导率 7.5×10<sup>-4</sup> 15×10<sup>-4</sup> 10×10<sup>-4</sup> 1×10<sup>-4</sup> 1×10<sup>-4</sup>
由图3～7和表1能够清楚地知道本实施例得到的电解质薄膜材料在800℃以下依然具有良好的导电性能。
实施例2
将2molSm(NO3)3·6H2O、8molCe(NO3)3·6H2O和700mL水，得到反应体系。将体积浓度为10％的氨水以10滴/分钟的速度滴加到反应体系中，逐渐产生沉淀，当反应体系的pH值为9.4时停止滴加。过滤所述得到的沉淀，并依次用去离子水和分析纯的酒精分别洗涤3次。所述洗涤之后，将得到的沉淀在80℃的烘箱中进行烘干。将烘干后的沉淀在电解炉中600℃条件下烧结5个小时，并研磨至粒径为16～20nm，得到Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)。
将SDC、NiO和酒精按照质量比为1:0.5:1进行混合，以85r/min的转速在球磨机中研磨8小时。然后在80℃下干燥，使所述酒精挥发干净。所述干燥之后，在玛瑙研磨钵中手磨1小时。所述手磨之后，将手磨得到的粉体倒入玛瑙球磨罐中，再加入分散剂三乙醇胺和去离子水，以85r/min的转速球磨24小时。
用去离子水在90℃温度下水浴聚乙烯醇粘结剂，使得聚乙烯醇粘结剂充分溶解。将溶解好的粘结剂和聚乙二醇增塑剂与粉体混合，在玛瑙球磨罐中继续以85r/min的转速球磨24小时。将球磨好的浆料中加入磷酸三丁酯除泡剂和表面活性剂，在真空条件下除气半个小时。将除气后的浆料在流延机上进行流延，干燥，然后在1350℃温度下烧结，得到电解质薄膜材料。
本发明对本实施例得到的电解质薄膜材料的形貌和电性能进行了检测。所述电解质薄膜材料的扫描电镜图如图8和图9所示，图8为本发明实施例2中电解质薄膜材料的扫描电镜图，图9为本发明实施例2中电解质薄膜材料的断面图。由图8可知，电解质薄膜材料晶粒膨胀十分完全，结构十分致密；由图9可知，电解质薄膜材料中NiO和SDG接口处缝隙细小，结合的十分牢固。
所述电解质薄膜材料在不同测试温度下的阻抗分别如图10～14所示，电导率如表2所示。其中，图10为本发明实施例2中电解质薄膜材料在550℃下的阻抗平面图；图11为本发明实施例2中电解质薄膜材料在600℃下的阻抗平面图；图12为本发明实施例2中电解质薄膜材料在650℃下的阻抗平面图；图13为本发明实施例2中电解质薄膜材料在700℃下的阻抗平面图；图14为本发明实施例2中电解质薄膜材料在750℃下的阻抗平面图；表2为本发明实施例2得到的SDC-NiO电解质薄膜材料在不同温度下的电导率。
表2 本发明实施例2得到的SDC-NiO电解质薄膜材料在不同温度下的电导率
温度(℃) 550℃ 600℃ 650℃ 700℃ 750℃
电导率 11×10<sup>-4</sup> 4.3×10<sup>-4</sup> 7.8×10<sup>-4</sup> 13×10<sup>-4</sup> 16×10<sup>-4</sup>
由图10～14和表2能够清楚地知道本实施例得到的电解质薄膜材料在800℃以下依然具有良好的导电性能。
实施例3
将2molSm(NO3)3·6H2O、8molCe(NO3)3·6H2O和800mL水，得到反应体系。将体积浓度为10％的氨水以9滴/分钟的速度滴加到反应体系中，逐渐产生沉淀，当反应体系的pH值为9.4时停止滴加。过滤所述得到的沉淀，并依次用去离子水和分析纯的酒精分别洗涤3次。所述洗涤之后，将得到的沉淀在80℃的烘箱中进行烘干。将烘干后的沉淀在电解炉中650℃条件下烧结5个小时，并研磨至粒径为16～20nm，得到Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)。
将SDC和酒精按照质量比为1:1进行混合，以80r/min的转速在球磨机中研磨8小时。然后在80℃下干燥，使所述酒精挥发干净。所述干燥之后，在玛瑙研磨钵中手磨1小时。所述手磨之后，将手磨得到的粉体倒入玛瑙球磨罐中，再加入分散剂三乙醇胺和去离子水，以85r/min的转速球磨24小时。
用去离子水在100℃温度下水浴聚乙烯醇粘结剂，使得聚乙烯醇粘结剂充分溶解。将溶解好的粘结剂和聚乙二醇增塑剂与粉体混合，在玛瑙球磨罐中继续以85r/min的转速球磨24小时。将球磨好的浆料中加入磷酸三丁酯除泡剂和表面活性剂，在真空条件下除气半个小时。将除气后的浆料在流延机上进行流延，干燥，然后在1400℃温度下烧结，得到电解质薄膜材料。
所述电解质薄膜材料在不同测试温度下的阻抗分别如图3～7所示，电导率如表1所示。其中，图3为本发明实施例1中电解质薄膜材料在750℃下的阻抗平面图；图4为本发明实施例1中电解质薄膜材料在700℃下的阻抗平面图；图5为本发明实施例1中电解质薄膜材料在650℃下的阻抗平面图；图6为本发明实施例1中电解质薄膜材料在600℃下的阻抗平面图；图7为本发明实施例1中电解质薄膜材料在550℃下的阻抗平面图；表1为不同温度下SDC电解质薄膜材料的电导率。
本发明按照实施例1所述的检测方法对本实施例得到的产品进行了检测，检测结果与实施例1相符，在此不再进行赘述。
由以上实施例可知，本发明将包括基物和酒精的混合物进行第一次研磨，得到第一次研磨物；对所述第一次研磨物进行手磨，得到手磨物；将包括所述手磨物、分散剂和水的混合物进行第二次研磨，得到第二次研磨物；将包括所述第二次研磨物、粘结剂和增塑剂的混合物进行第三次研磨，得到第三次研磨物；对所述第三次研磨物进行除泡，得到浆料；对所述浆料进行流延、烧结，得到电解质薄膜材料；所述基物为Ce0.8Sm0.2O1.9或Ce0.8Sm0.2O1.9与NiO的混合物。根据实施例的检测结果可知，本申请得到的电解质薄膜材料在800℃一下依然具有良好的导电性能，最高能够达到16×10-4S/mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电解质薄膜材料的制备方法，按照以下步骤进行：
将2molSm(NO3)3·6H2O、8molCe(NO3)3·6H2O和700mL水，得到反应体系；将体积浓度为10％的氨水以10滴/分钟的速度滴加到反应体系中，逐渐产生沉淀，当反应体系的pH值为9.4时停止滴加；过滤所述得到的沉淀，并依次用去离子水和分析纯的酒精分别洗涤3次；所述洗涤之后，将得到的沉淀在80℃的烘箱中进行烘干；将烘干后的沉淀在电解炉中600℃条件下烧结5个小时，并研磨至粒径为16～20nm，得到Ce0.8Sm0.2O1.9，记为SDC；
将SDC、NiO和酒精按照质量比为1:0.5:1进行混合，以85r/min的转速在球磨机中研磨8小时；然后在80℃下干燥，使所述酒精挥发干净；所述干燥之后，在玛瑙研磨钵中手磨1小时；所述手磨之后，将手磨得到的粉体倒入玛瑙球磨罐中，再加入分散剂三乙醇胺和去离子水，以85r/min的转速球磨24小时；
用去离子水在90℃温度下水浴聚乙烯醇粘结剂，使得聚乙烯醇粘结剂充分溶解；将溶解好的粘结剂和聚乙二醇增塑剂与粉体混合，在玛瑙球磨罐中继续以85r/min的转速球磨24小时；将球磨好的浆料中加入磷酸三丁酯除泡剂和表面活性剂，在真空条件下除气半个小时；将除气后的浆料在流延机上进行流延，干燥，然后在1350℃温度下烧结，得到电解质薄膜材料。
2.权利要求1所述制备方法制备的电解质薄膜材料，其特征在于，所述电解质薄膜材料在550℃以下具有导电性，电导率为11×10-4S/mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445358A (zh) * 2008-12-23 2009-06-03 合肥学院 一种NiO-SDC金属氧化物复合粉体的制备方法
CN103928693A (zh) * 2014-03-21 2014-07-16 上海交通大学 固体氧化物燃料电池的金属支撑半电池及其制备方法
CN105428679A (zh) * 2015-12-03 2016-03-23 苏州攀特电陶科技股份有限公司 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及其制备方法和固体氧化物燃料电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445358A (zh) * 2008-12-23 2009-06-03 合肥学院 一种NiO-SDC金属氧化物复合粉体的制备方法
CN103928693A (zh) * 2014-03-21 2014-07-16 上海交通大学 固体氧化物燃料电池的金属支撑半电池及其制备方法
CN105428679A (zh) * 2015-12-03 2016-03-23 苏州攀特电陶科技股份有限公司 一种固体氧化物燃料电池电解质膜及其制备方法和固体氧化物燃料电池

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