CN108110286A - 一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法，所述方法是在YSZ膜涂覆含钡的浆料，含钡浆料经过熔融、分解、钡离子迁移和扩散进入YSZ晶格中，反应得到质子传导BZY薄膜(5‑20μm)，该方法突破了质子传导氧化物BZY难于低温成膜的问题，有助于质子传导氧化物薄膜在固体氧化物燃料电池技术中广泛应用。

Description

一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于质子型固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法。
背景技术
质子型固体氧化物燃料电池是以质子传导氧化物为电解质，其载流子是质子，质子传导活化能较氧离子传导活化能低，因而在降低固体氧化物燃料电池运行温度方面具有巨大潜力。质子传导氧化物电解质低温制备技术是制约质子型固体氧化物燃料电池应用的关键问题。常用的质子传导氧化物如BCY、BZY、BCZY具有难熔的特点，需要在较高温度下(>1700℃)才可烧结致密。研究表明在质子传导氧化物中添加适量助剂可减低其烧结温度，但金属氧化物助剂容易在晶界处形成杂相，导致电解质电阻增加(Physical ChemistryChemical Physics,2011,13(17):7692-700)。此外，通过溅射、真空喷涂、激光脉冲等方法可以在较低温度下制备质子传导氧化物薄膜，但上述方法存在成本高、操作复杂等缺点。因此，本领域迫切需要一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法
发明内容
为克服传统质子传导氧化物BZY难于烧结致密问题，本发明提供一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将含钡化合物与YSZ按比例混合后，添加适量溶剂，超声处理，得到含钡浆料；
(2)将步骤(1)制备的含钡浆料通过涂敷YSZ电解质上，干燥；
(3)将步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在高温下焙烧，得到BZY电解质薄膜含钡浆料经过熔融、分解、钡离子迁移和扩散进入YSZ晶格中，反应得到致密的质子传导BZY电解质薄膜。
所述含钡浆料中含钡化合物是氧化钡、碳酸钡、醋酸钡、硝酸钡中的一种或两种以上，溶剂为松油醇和正丁醇中一种或两种以上，其中不添加或还可添加乙基纤维素，其于溶剂中的添加量为钡化合物质量的30％～50％。
所述含钡化合物与YSZ比例以钡含量与YSZ的摩尔比在1.1～2.0之间，超声处理时间为0.5h～168h。
所述含钡浆料可以通过滴涂、旋涂或流延任一方法涂敷在优先制备的YSZ电解质上，浆料在YSZ电解质膜上常温干燥0.5h～12h。
步骤(3)所述的步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在1000～1400℃焙烧6h～50h。
所述YSZ为8％molY2O3稳定的ZrO2。
本发明的有益效果是：解决了质子传导氧化物电解质膜难于低温烧结致密的问题，利用钡离子与YSZ间扩散反应，在较低温度下制备得到质子传导固体氧化物BZY薄膜，其厚度达到5μm(5-20μm)，致密度达到98％以上。
具体实施方式
实施例1
将BaCO3与YSZ按摩尔比1:1研磨混合均匀，加入含6％乙基纤维素的松油醇，正丁醇，与混合粉体质量比为0.3:1:1，搅拌均匀并超声168h。将浆料滴涂至二合一5μmYSZ膜表面，室温下干燥10h后，在1100℃下烧结12h，得到致密度为98％的质子传导BZY电解质薄膜。涂覆BSCF阴极，得到BSCF/BZY/YSZ-NiO电池，测试BZY薄膜电池性能的工作条件为：含10％H2O的H2为燃料气，流量为150mL/min；O2为氧化剂，流量为100mL/min，500℃开路电压为1.4321V，功率可达到260mW/cm2。
实施例2
将Ba(NO3)2与YSZ按摩尔比1.05:1研磨混合均匀，加入含鱼油，正丁醇，PVB胶与混合粉体质量比为0.05:2:1:1，搅拌均匀并超声42h。将浆料旋涂至二合一10μmYSZ膜表面，室温下干燥5h后，在1200℃下烧结24h，得到致密度为97.8％的质子传导BZY电解质薄膜。涂覆BSCF阴极，得到BSCF/BZY/YSZ-NiO电池，测试BZY薄膜电池性能的工作条件为：含10％H2O的H2为燃料气，流量为150mL/min；O2为氧化剂，流量为100mL/min，500℃开路电压为1.4768V，功率可达到278mW/cm2。
实施例3
将BaO与YSZ按摩尔比1:1研磨混合均匀，加入含6％乙基纤维素的松油醇，与混合粉体质量比为1:0.3:1，搅拌均匀并超声84h。将浆料滴涂至二合一10μmYSZ膜表面，室温下干燥2h后，在1300℃下烧结24h，得到致密度为99.1％的质子传导BZY电解质薄膜。涂覆LSCF阴极，得到LSCF/BZY/YSZ-NiO电池，测试BZY薄膜电池性能的工作条件为：含10％H2O的H2为燃料气，流量为120mL/min；O2为氧化剂，流量为100mL/min，550℃开路电压为1.3865V，功率可达到320mW/cm2。
实施例4
将Ba(CH3COO)2与YSZ按摩尔比1:1研磨混合均匀，加入鱼油，含6％乙基纤维素的松油醇，正丁醇，与混合粉体质量比为0.05:0.3:1:1，搅拌均匀并超声126h。将浆料流延至二合一20μmYSZ膜表面，室温下干燥12h后，在1400℃下烧结48h，得到致密度为99.6％的质子传导BZY电解质薄膜。涂覆LSCF阴极，得到LSCF/BZY/YSZ-NiO电池，测试BZY薄膜电池性能的工作条件为：含10％H2O的H2为燃料气，流量为120mL/min；O2为氧化剂，流量为100mL/min，500℃开路电压为1.3955V，功率可达到314mW/cm2。

Claims (6)

1.一种质子传导氧化物电解质薄膜的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
(1)将含钡化合物与YSZ按所需比例混合后，添加溶剂，超声处理，得到含钡浆料；
(2)将步骤(1)制备的含钡浆料通过涂敷YSZ电解质上，干燥；
(3)将步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在高温下焙烧，含钡浆料经过熔融、分解、钡离子迁移和扩散进入YSZ晶格中，反应得到质子传导BZY致密电解质薄膜。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(1)所述含钡浆料中含钡化合物是氧化钡、碳酸钡、醋酸钡、硝酸钡中的一种或两种以上，溶剂为鱼油、、PVB胶、松油醇和正丁醇中一种或两种以上，其中不添加或还可添加乙基纤维素，其于溶剂中的添加量为钡化合物质量的30％～50％。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(1)所述含钡化合物与YSZ比例以钡含量与YSZ的摩尔比在1.0～2.0之间，超声处理时间为0.5h～168h。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(2)所述含钡浆料可以通过滴涂、旋涂或流延任一方法涂敷在优先制备的YSZ电解质上，浆料在YSZ电解质膜上常温干燥0.5h～12h。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(3)所述的步骤(2)得到的涂敷含钡浆料的YSZ电解质在1000～1400℃焙烧6h～50h。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于：YSZ为8％molY2O3稳定的ZrO2。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109244514A (zh) * 2018-08-08 2019-01-18 南京工业大学 一种硝酸钡处理的燃料电池电解质和阴极材料、制备方法及应用
CN111261916A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 中国科学院大连化学物理研究所 一种薄膜化质子导体电解质及其制备方法
CN113471494A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 上海交通大学 一种基于熔融质子导体电解质膜的膜电极及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005053755A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Tohoku Univ 酸化物エピタキシャル薄膜およびその作製方法
EP2808932A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-03 Topsøe Fuel Cell A/S Metal-supported solid oxide cell
CN104205451A (zh) * 2012-03-28 2014-12-10 住友电气工业株式会社 固体电解质，固体电解质的制造方法，固体电解质层叠体，固体电解质层叠体的制造方法和燃料电池
CN105393393A (zh) * 2013-07-18 2016-03-09 住友电气工业株式会社 燃料电池用复合材料、燃料电池用复合材料的制造方法以及燃料电池
CN107250085A (zh) * 2015-02-27 2017-10-13 住友电气工业株式会社 陶瓷材料的制造方法、电容器、固体氧化物型燃料电池、水电解装置和氢泵

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005053755A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Tohoku Univ 酸化物エピタキシャル薄膜およびその作製方法
CN104205451A (zh) * 2012-03-28 2014-12-10 住友电气工业株式会社 固体电解质，固体电解质的制造方法，固体电解质层叠体，固体电解质层叠体的制造方法和燃料电池
EP2808932A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-03 Topsøe Fuel Cell A/S Metal-supported solid oxide cell
CN105393393A (zh) * 2013-07-18 2016-03-09 住友电气工业株式会社 燃料电池用复合材料、燃料电池用复合材料的制造方法以及燃料电池
CN107250085A (zh) * 2015-02-27 2017-10-13 住友电气工业株式会社 陶瓷材料的制造方法、电容器、固体氧化物型燃料电池、水电解装置和氢泵

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGYEUL BAE ET AL.: ""Low-temperature fabrication of protonic ceramic fuel cells with BaZr0.8Y0.2O3-δ electrolytes coated by aerosol deposition method"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *
T.SCHOBER: ""Transformation of an oxygen ion conductor to a proton conductor by solid state reaction"", 《SOLID STATE IONICS》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109244514A (zh) * 2018-08-08 2019-01-18 南京工业大学 一种硝酸钡处理的燃料电池电解质和阴极材料、制备方法及应用
CN109244514B (zh) * 2018-08-08 2021-11-19 南京工业大学 一种硝酸钡处理的燃料电池电解质和阴极材料、制备方法及应用
CN111261916A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 中国科学院大连化学物理研究所 一种薄膜化质子导体电解质及其制备方法
CN111261916B (zh) * 2018-11-30 2021-12-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种薄膜化质子导体电解质及其制备方法
CN113471494A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 上海交通大学 一种基于熔融质子导体电解质膜的膜电极及其制备方法

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