CN113373419A - 一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法
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。
在一种可选的实施例中，所述主电解质层以GDC为基底，包括采用Ge/Gd合金或者GDC陶瓷材料为靶材进行溅射；
所述主电解质层以SDC为基底，包括采用Sm/Ce合金或者SDC陶瓷材料为靶材进行溅射。
在一种可选的实施例中，所述Ge/Gd合金与所述Sm/Ce合金采用直流方式溅射，所述GDC陶瓷材料与所述SDC陶瓷材料采用射频方式溅射。
在一种可选的实施例中，所述Ge/Gd合金与所述Sm/Ce合金直流溅射功率为10W-200W，偏压为-10V~-200V，所述GDC陶瓷材料与所述SDC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，所述主电解质层以GDC为基底，或以SDC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5h-20h，得到的阻挡层厚度为50nm-20μm。
本发明实施例提供的方法至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供的方法通过在阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，在阳极基底上溅射阻挡层和主电解质层，通过以Zr基材料为基底的阻挡层达到对电子的阻挡，通过以Ce基材料为基底的主电解质层，并采用磁控溅射法制备双电解质致密层，Zr基材料与Ce基材料具有良好的离子电导率，较低的电子导电率，通过磁控溅射的方法可形成超薄型致密电解质，其厚度可以到达纳米级，可以有效的降低电解质的厚度，减小内阻损失；另外，使用双层致密电解质层，缓解了采用单一电解质层的电子漏电现象，另外也减少了主电解质层的厚度，提高了主电解质层在中低温区间内的性能输出。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的方法制备的固体氧化物燃料电池电解质薄膜结构示意图。
其中，图中标记分别为：
1-金属支撑体，2-燃料极层，3-阻挡层，4-主电解质层，5-空气极层。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基底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；新电子飞向基底，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。磁控溅射是入射粒子和靶材的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射至基底上。相关技术提供的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。鉴于此，本发明实施例提供了一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法。
请一并参见图1和图2，该方法包括：
S101、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；
S102、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。
本发明实施例提供的方法至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供的方法通过在阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，在阳极基底上溅射阻挡层和主电解质层，通过以Zr基材料为基底的阻挡层达到对电子的阻挡，通过以Ce基材料为基底的主电解质层，并采用磁控溅射法制备双电解质致密层，Zr基材料与Ce基材料具有良好的离子电导率，较低的电子导电率，通过磁控溅射的方法可形成超薄型致密电解质，其厚度可以到达纳米级，可以有效的降低电解质的厚度，减小内阻损失；另外，使用双层致密电解质层，可以形成电子阻挡层，缓解了采用单一电解质层的电子漏电现象，另外也减少了主电解质层的厚度，提高了主电解质层在中低温区间内的性能输出。
以下将通过可选的实施例进一步解释和描述本发明实施例提供的方法。
S101、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。
需要说明的是，金属支撑体主要作用是发生电化学反应的场所，较高的三相界面量，更利于电化学反应的发生；本发明实施例通过在金属支撑体外表面以及多孔区域的多孔内壁设置保护涂层，将金属支撑体及其多孔与外界气体隔离，避免了外界气体对金属支撑体表面的腐蚀，以及对金属支撑体多孔的腐蚀，提高了金属支撑体与燃料极层之间的连接稳定性，保证了金属支撑单体的整体稳定性，使其可以在高温（400-800℃）下以及高水蒸气分压下长期运行，进而满足了使用该金属支撑单体的MS-SOC的需要，提高了MS-SOC的使用寿命。
本发明实施例对于多孔结构组成的形状或者样式，不做明确的指定性的规定。示例的，多孔的形状可以是规则图形也可以是不规则图形，但无论是什么形状，其结构都必须确保是穿孔结构。在一种可选的实施例中，多孔的直径可以为0.01μm-500μm。在一种可选的实施例中，多孔的直径可以相同也可以不同，优选的，多孔的直径相同，可以理解的是，当多孔的直径相同时，在对其设置保护涂层时可以采用同一种方式或规格，如此，简化了保护涂层设置的步骤，降低制备成本。
本发明实施例通过在金属支撑体外表面以及多孔区域的多孔内壁设置保护涂层，将金属支撑体及其多孔与外界气体隔离，避免了外界气体对金属支撑体表面的腐蚀，以及对金属支撑体多孔的腐蚀，提高了金属支撑体与燃料极层之间的连接稳定性，保证了金属支撑单体的整体稳定性，使其可以在高温（400-800℃）下以及高水蒸气分压下长期运行，进而满足了使用该金属支撑单体的MS-SOC的需要，提高了MS-SOC的使用寿命。
在一种可选的实施例中，保护涂层为金属氧化物。需要说明的是，本发明实施例提供的保护涂层不仅要具有一定的惰性可抑制金属的进一步被腐蚀，还需要具有一定的导电能力。
在一种可选的实施例中，金属氧化物包括Cr系氧化物、Mn系氧化物或Co系氧化物中的至少一种。
进一步的，金属氧化物可以为Cr系氧化物、Mn系氧化物或Co系氧化物，示例的，可以为三氧化二铬（Cr2O3）、二氧化锰（MnO2）、三氧化二锰（Mn2O3）、四氧化三锰（Mn3O4）、氧化钴（CoO）、三氧化二钴（Co2O3）、四氧化三钴（Co3O4）等，或者为上述几种金属氧化物的混合物，本发明实施例对金属氧化物的种类不限于此。
在一种可选的实施例中，保护涂层包括第一保护涂层与第二保护涂层，第一保护涂层沿金属支撑体外表面设置，第二保护涂层沿多孔内壁设置；其中，第二保护涂层的厚度不大于第一保护涂层的厚度。
本发明实施例提供的保护涂层不但在金属支撑体外表面设置，即保护涂层包围金属支撑体所有的面，还沿多孔内壁设置，可以理解的是，位于金属支撑体外表面的保护涂层的厚度可以不受限制，设置厚度较厚，但是位于多孔内壁的涂层，由于受到多孔直径的限制，厚度不能太厚。本发明实施例通过设置第二保护涂层的厚度小于第一保护涂层的厚度，一方面，保证金属支撑体外表面与多孔内的抗腐蚀性，另一方面，保证保护涂层不会堵塞多孔，不会影响多孔的正常工作。
在一种可选的实施例中，第一保护涂层的厚度为0.1μm-5μm，第二保护涂层的厚度为0.01μm-5μm。
作为一种示例，第一保护涂层的厚度可以为0.1μm、0.5μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm等，第二保护涂层的厚度可以为0.01μm、0.05μm、0.09μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm等。需要说明的是，以上厚度数值仅为示例，本发明实施例对第一保护涂层以及第二保护涂层的厚度不限于此。
作为一种示例，当第一保护涂层为0.5μm时，第二保护涂层的厚度可以为0.4μm。
在一种可选的实施例中，金属支撑体选自Fe、Cr、Ni、Cu、Ti金属中的一种或多种。
本发明实施例提供的金属支撑单体所使用的金属支撑体，其主要特点是具有均匀分布的穿孔结构，包含一种或者多种金属材料。金属材料并没有特定的指向性，例如，可使用Fe、Cr、Ni、Cu或Ti等，可以是仅有一种也可以是两种或者多种的合金材料。对于两种或多种合金材料也并没有特定的指向性，例如，可使用Fe系合金、Ni系合金、Cr系合金、铁素体不锈钢等。燃料极层在金属支撑体上的厚度可以为0.1维μm-20μm，且完全包覆住多孔区域。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射电解质薄膜，包括在阳极基底上溅射阻挡层和主电解质层，阻挡层以Zr基材料为基底，主电解质层以Ce基材料为基底，电解质薄膜总厚度不大于20nm-40μm。
本发明实施例提供的电解质薄膜为两层，即阻挡层和主电解质层，本发明实施例提供的阻挡层和主电解质层所采用靶材不同时，阻挡层与主电解质层溅射的顺序会有所不同，作为一种示例，当主电解质层电解质粉体包括Zr基材料时，溅射主电解质层，在主电解质层上方溅射拦阻层，当主电解质层电解质粉体为Ce基材料时，溅射拦阻层，在阻拦层上方溅射主电解质层。
作为另一种示例，当主电解质层电解质粉体包括Zr基材料时，在燃料极层上溅射主电解质层，在主电解质层上方直接溅射Ce基材料的拦阻层，当主电解质层电解质粉体为Ce基材料时，在燃料极层上直接溅射Zr基材料的拦阻层，在阻拦层上方溅射主电解质层。
在一种可选的实施例中，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）；
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）。
YSZ、SSZ、GDC与SDC具有良好的离子电导率，较低的电子导电率，通过磁控溅射的方法可形成超薄型致密电解质，其厚度甚至可以到达nm级。
Zr基材料可以为氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）与氧化钪稳定的氧化锆（SSZ）的混合物，当为混合物时，两者混合比例可以为1:1，也可以为其中的任一个，Ce基材料可以为氯化钆掺杂的氧化铈（GDC）与氧化钐掺杂的氧化铈（SDC）的混合物，当为混合物时，两者混合比例可以为1:1，也可以为其中的任一个。
在一种可选的实施例中，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；
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。
在一种可选的实施例中，主电解质层以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；
主电解质层以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，Y/Zr合金与Sc/Zr合金采用直流溅射方式溅射，YSZ陶瓷材料与SSZ陶瓷材料采用射频溅射方式溅射。
由于直流溅射如果使用绝缘材料靶时，轰击靶面得到正离子会在靶面上累积，使靶面带正电，靶面电位从而上升，使得电极间的电场逐渐变小，直至辉光放电熄灭和溅射停止。所以直流溅射不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。
本发明实施例中由于Y/Zr合金与Sc/Zr合金采用直流溅射模式，YSZ与SSZ为陶瓷材料，不能导电，因此采用射频溅射模式。射频溅射时将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶材处于正半周时，电子流向靶面，中和靶面表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致射频电压的负半周吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。
在一种可选的实施例中，Y/Zr合金与Sc/Zr合金直流溅射功率为10W-200W，偏压为-10V~-200V，偏压的加入可以提高膜的沉积速率，YSZ陶瓷材料与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（标准毫升/分钟）-50sccm，室内压强为0.1Pa-10Pa。
进一步的，Y/Zr合金与Sc/Zr合金直流溅射功率可以为10W、20W、50W、100W、200W等，偏压为-10V、-50V、-100V、-200V等，YSZ陶瓷材料与SSZ陶瓷材料射频溅射功率可以为10W、20W、50W、100W、200W等，气体选用 O2和Ar的混合气，O2和Ar的气体比率为1/2-1/20，示例的，可以为1/2、1/5或1/20等，气体流速为10sccm（标准毫升/分钟）-50sccm，示例的，可以为10sccm、20sccm、30sccm、40sccm或50sccm，室内压强为0.1Pa、1Pa、4Pa、6Pa、7Pa、10Pa等。
在一种可选的实施例中，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（转/每分）-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。
进一步的，阻挡层以YSZ为基底，或以SSZ为基底时，基底温度可以为25℃、500℃、550℃、800℃等，基底转速为1rpm、10rpm、13rpm、15rpm或20rpm等，基底与靶材间距为2cm、8cm、10cm、15cm等，溅射时间为2h、5h、10h、15h或20h等，得到的阻挡层厚度可以为10nm、15nm、20nm、1μm、5μm、10μm或20μm等。
在一种可选的实施例中，主电解质层以GDC为基底，包括采用Ge/Gd合金或者GDC陶瓷材料为靶材进行溅射；
主电解质层以SDC为基底，包括采用Sm/Ce合金或者SDC陶瓷材料为靶材进行溅射。
在一种可选的实施例中，阻挡层以GDC为基底，包括采用Ge/Gd合金或者GDC陶瓷材料为靶材进行溅射；
阻挡层以SDC为基底，包括采用Sm/Ce合金或者SDC陶瓷材料为靶材进行溅射。
在一种可选的实施例中，Ge/Gd合金与Sm/Ce合金采用直流方式溅射，GDC陶瓷材料与SDC陶瓷材料采用射频方式溅射。
在一种可选的实施例中，Ge/Gd合金与Sm/Ce合金直流溅射功率为10W-200W，偏压为-10V~-200V偏压的加入可以提高膜的沉积速率，GDC陶瓷材料与SDC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。
进一步的，Ge/Gd合金与Sm/Ce合金直流溅射功率可以为10W、20W、50W、100W、200W等，偏压为-10V、-50V、-100V、-200V等，GDC陶瓷材料与SDC陶瓷材料射频溅射功率可以为10W、20W、50W、100W、200W等，气体选用 O2和Ar的混合气，O2和Ar的气体比率为1/2-1/20，示例的，可以为1/2、1/5或1/20等，气体流速为10sccm（标准毫升/分钟）-50sccm，示例的，可以为10sccm、20sccm、30sccm、40sccm或50sccm，室内压强为0.1Pa、1Pa、4Pa、6Pa、7Pa、10Pa等。
在一种可选的实施例中，主电解质层以GDC为基底，或以SDC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5h-20h，得到的阻挡层厚度为50nm-20μm。
进一步的，主电解质层以GDC为基底，或以SDC为基底时，基底温度可以为25℃、500℃、550℃、800℃等，基底转速为1rpm、10rpm、13rpm、15rpm或20rpm等，基底与靶材间距为2cm、8cm、10cm、15cm等，溅射时间为5h、10h、15h或20h等，得到的阻挡层厚度可以为50nm、55nm、90nm、2μm、5μm、10μm或20μm等。
需要说明的是，本发明实施例可以采用多种方法，包括流延、丝印、喷涂、磁控溅射等工艺制备空气极层，空气极层可以选用GDC/LSCF、GDC/LSM等陶瓷复合材料进行制备，空气极层的厚度可以为0.1μm-20μm。整体形成双致密电解质层金属支撑单体，金属支撑单体厚度可以为0.1μm-50μm。
以下将通过具体实施例进一步解释和描述本发明实施例提供的方法。
实施例1
S101、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。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射阻挡层，YSZ阻挡层基底可以为YSZ，YSZ采用Y/Zr合金为靶材，采取直流（DC）溅射模式，控制溅射功率DC为100W，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/2，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-10V，基板温度为300℃，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为40min，阻挡层厚度为100nm；
在阻挡层上方溅射主电解质层，主电解质层采用GDC为基底，采用Ge/Gd合金为靶材，使用DC溅射模式，功率控制在100W，气体选用O2和Ar的混合气，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/2，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-10V，基板温度为600℃，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为2h，阻挡层厚度为100nm，得到主电解质层厚度为600nm，总体电解质层厚度为700nm。
实施例2
S101、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。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射阻挡层，YSZ阻挡层基底可以为SSZ，SSZ采用Sc/Zr合金为靶材，采取直流（DC）溅射模式，控制溅射功率DC为100W，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/2，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-100V，基板温度为400℃，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为20min，阻挡层厚度为30nm；
在阻挡层上方溅射主电解质层，主电解质层采用SDC为基底，采用Sm/Ce合金为靶材，使用DC溅射模式，功率控制在100W，气体选用O2和Ar的混合气，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/2，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-100V，基板温度为600℃，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为1h，阻挡层厚度为30nm，得到主电解质层厚度为200nm，总体电解质层厚度为230nm。
实施例3
S101、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。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射阻挡层，阻挡层基底可以为YSZ，YSZ采用YSZ陶瓷材料为靶材，采取射频（RF）溅射模式，控制溅射功率RF为100W，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/20，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，基板温度为室温，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为2h，阻挡层厚度为500nm；
在阻挡层上方溅射主电解质层，主电解质层采用SDC为基底，采用SDC陶瓷材料为靶材，使用RF溅射模式，功率控制在100W，气体选用O2和Ar的混合气，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/20，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，基板温度为室温，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为4h，阻挡层厚度为500nm，得到主电解质层厚度为1μm，总体电解质层厚度为1.5μm。
实施例4
S101、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。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射阻挡层，阻挡层基底可以为YSZ，YSZ采用YSZ陶瓷材料为靶材，采取射频（RF）溅射模式，控制溅射功率RF为100W，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/20，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，基板温度为室温，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为30min，阻挡层厚度为100nm；
在阻挡层上方溅射主电解质层，主电解质层采用SDC为基底，采用Sm/Ce合金为靶材，使用DC溅射模式，功率控制在100W，气体选用O2和Ar的混合气，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/20，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-200V，基板温度为室温，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为2h，阻挡层厚度为100nm，得到主电解质层厚度为500nm，总体电解质层厚度为600nm。
实施例5
S101、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。
S102、在阳极基底上采用磁控溅射法溅射主电解质层，主电解质层基底可以SDC为基底，采用Sm/Ce合金为靶材，使用DC溅射模式，功率控制在100W，气体选用O2和Ar的混合气，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/2，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，偏压为-200V，基板温度为400℃，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为2h，得到主电解质层厚度为200nm。
在主电解质层上方溅射阻挡层，阻挡层采用YSZ为基底，YSZ采用YSZ陶瓷材料为靶材，采取射频（RF）溅射模式，控制溅射功率RF为100W，气体选用O2和Ar的混合气，O2和Ar气体比率为1/20，气体流速为10sccm，室内压强为8Pa，基板温度为室温，基板转速为15pm，基板与靶材间距为2cm，溅射时间为40min，阻挡层厚度为80nm，总体电解质层厚度为280nm；
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种固体氧化物燃料电池电解质薄膜制备方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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）。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，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-2μm。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主电解质层以GDC为基底，包括采用Ge/Gd合金或者GDC陶瓷材料为靶材进行溅射；
所述主电解质层以SDC为基底，包括采用Sm/Ce合金或者SDC陶瓷材料为靶材进行溅射。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述Ge/Gd合金与所述Sm/Ce合金采用直流方式溅射，所述GDC陶瓷材料与所述SDC陶瓷材料采用射频方式溅射。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述Ge/Gd合金与所述Sm/Ce合金直流溅射功率为10W-200W，偏压为-10V~-200V，所述GDC陶瓷材料与所述SDC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。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主电解质层以GDC为基底，或以SDC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5h-20h，得到的阻挡层厚度为50nm-20μm。
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