CN113851661B - 固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法及半电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在载带表面制备依次层叠的阳极功能层和阳极支撑层，干燥固化后褪去载带，得阳极衬底生坯；S2：高温烧结阳极衬底生坯，得阳极衬底；S3：配置研磨液；S4：将研磨液施加于阳极功能层表面，进行精磨；S5：清洗研磨残留物；S6：在精磨后的阳极功能层表面制备电解质膜。该发明通过研磨液在阳极功能层表面进行精磨，所得阳极功能层表面粗糙度小，在精磨后的阳极功能层表面制备电解质膜，所得电解质膜内阻低且致密度高，有效提高了电池的功率密度和输出性能。本发明还公开了一种固体氧化物燃料电池半电池。

Description

固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法及半电池
技术领域
本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法及半电池。
背景技术
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种在高温下(600～1000℃)直接将燃料的化学能转化为电能的装置。SOFC具有以下突出的优点：能量转化效率高；燃料适应范围广；无需使用贵金属作为催化剂，成本低廉；全固态结构，提高了系统安全系数，增强了运行的稳定性；温室气体排放量低；适用范围广。因此，受到越来越广泛的关注。
在固体氧化物燃料电池中，电池的功率密度和输出性能与电池的内阻息息相关，电池的内阻主要由电解质的体电阻和电解质与阳极间三相界面电阻决定，内阻大对电池的功率密度和输出性能均有消极影响，而电解质膜的层厚是影响电池内阻的因素之一。流延法适合制备大面积薄层平板状陶瓷材料，适合制备多层复合结构材料的特点，常用于制备SOFC阳极衬底和阳极功能层，但传统的流延法难以制备20μm及以下的致密电解质膜。喷雾法适合制备20μm以下的薄膜，通常需要金属盐按比例混合作为前驱物，经喷雾后，高温烧结使前驱物反应获得陶瓷膜，工艺相对复杂，且喷雾方法制备的电解质膜界面电阻大。因此，制备低内阻和高致密的电解质膜，是生产高功率密度和输出性能的大型SOFC电堆前必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法。
为了实现上述工艺效果，本发明的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：在载带表面制备依次层叠的阳极功能层和阳极支撑层，干燥固化后褪去所述载带，得阳极衬底生坯；
S2：高温烧结所述阳极衬底生坯，得阳极衬底；
S3：配置研磨液；
S4：将所述研磨液施加于所述阳极功能层表面，进行精磨；
S5：清洗研磨残留物；
S6：在精磨后的所述阳极功能层表面制备电解质膜。
载带为有机薄膜、镀有无机膜的有机薄膜中的一种。进一步的，有机薄膜为聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜中的一种；镀有无机膜的有机薄膜为镀铝聚丙烯薄膜或镀硅聚乙烯膜中的一种。阳极衬底包括阳极支撑层和阳极功能层，阳极支撑层和阳极功能层浆料施加方法包括喷雾法和流延法中的一种，更进一步的，阳极支撑层和阳极功能层采用双层流延法。阳极功能层的层厚为20~50μm，阳极支撑层的层厚为300~1200μm。高温烧结阳极衬底生坯前还包括低温排碳，排碳阶段控制不当易引起阳极衬底变形、裂纹等缺陷，为了保证阳极衬底的形状、尺寸和质量，排碳温度为200~500℃。S2高温烧结阳极衬底生坯的温度为1150~1300℃，烧结时间为2~5h。S4精磨工艺参数：研磨时间为15~60min，转速为100~800rpm，压强为0.05~0.5MPa。S5采用超声清洗研磨残留物，由于水挥发慢，阳极衬底表面经纯净水清洗研磨残留物后，残留的水分易沾灰尘，为了洗净研磨残留物且快干，进一步的，清洗液由水基清洗剂、纯净水和有机溶剂依次清洗阳极衬底。
阳极衬底是多孔结构，当阳极衬底的功能层表面的粗糙度大于电解质膜的层厚时，超薄的电解质膜无法完全覆盖功能层表面，则不满足半电池气密性的要求。为了优化精磨后阳极功能层表面的粗糙度，优选的技术方案为：所述S4精磨后阳极功能层表面的粗糙度为30~300nm。
为了得到超薄的电解质膜，优选的技术方案为：所述电解质膜的制备方法为磁控溅射法，所述电解质膜的层厚为1~3μm。
为了实现电解质膜的超薄性，降低电池内阻；同时提高电解质膜的导电率和高温稳定性，达到与阳极衬底相近的热膨胀系数，防止电解质膜脱落，以免对半电池的质量和性能有消极影响，优选的技术方案为：所述电解质膜的主要组成为氧化钇稳定氧化锆，按摩尔百分数计，所述氧化钇稳定氧化锆中氧化钇为8~10%，氧化锆为90~92%。进一步的，按摩尔百分数计，氧化钇稳定氧化锆中氧化钇为8.3~8.8%，氧化锆为91.2~91.7%。
为了得到分散性、流动性和稳定性均良好的研磨液，优选的技术方案为：所述研磨液包括磨料、有机溶剂、分散剂和表面活性剂；所述研磨液的配置包括以下步骤：
S1’：磨料和有机溶剂混合球磨，初步分散得研磨基液；
S2’：将分散剂和表面活性剂混合形成稳定液；
S3’：研磨基液和稳定液混合球磨，分散均匀得研磨液。
有机溶剂包括乙醇和丁酮，为了提高磨料及稳定液的溶解性和分散性，乙醇和丁酮的质量比为1：（0.6~1.3）。分散剂和表面活性剂相互配合下，进一步阻碍了磨料之间的团聚及改善研磨液的粘度。
为了实现更优粗糙度和平面度的功能层表面，优选的技术方案为：所述磨料为氧化铝粉、碳化硅粉和氧化锆粉中至少一种，所述磨料球磨后的粒径为50~1000nm。
磨料在有机溶剂中形成软团聚，S1’球磨过程中软团聚的磨料相互接触摩擦分散，为了初步分散形成稳定且均匀粒径的磨料，优选的技术方案为：所述磨料和有机溶剂混合得悬浮液，所述研磨基液还包括三乙醇胺，所述三乙醇胺占所述悬浮液总质量的0.5~1%；所述磨料和有机溶剂的质量比为1：（2~4）。三乙醇胺有助于稳定工件加工过程，并提高工件表面质量。
为了优化研磨液，优选的技术方案为：所述悬浮液和稳定液的质量比为（8~11）：1。
为了优化稳定液，提高磨料在研磨液中的分散性、流动性和稳定性，优选的技术方案为：所述稳定液中分散剂为聚乙二醇，所述表面活性剂包括甘油和烷基苯磺酸钠；所述聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油的质量比为10：（0.5~1.5）：（0.5~1.5）。聚乙二醇的平均分子量为300~2000。
为了制得阳极功能层与电解质膜接触面烧结活性高、接触面电阻小的超薄电解质膜，优选的技术方案为：所述磁控溅射法中靶材为钇锆金属混合靶，或钇靶与锆靶双靶共溅射；按重量百分比计，所述钇锆金属混合靶中钇为10~20%，锆为80~90%，所述混合靶的靶材溅射功率为1.5~3kW，溅射速率为0.1~0.35nm/s，真空腔溅射气压为0.02~0.5Pa；所述钇靶与锆靶双靶共溅射中钇靶的溅射功率为0.3~1kW，所述锆靶的溅射功率为1~3kW，所述钇靶与锆靶双靶的共溅射速率为0.1~0.45nm/s，真空腔溅射气压为0.02~0.5Pa。
本发明的目的之二在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种固体氧化物燃料电池半电池，包括电解质膜，所述电解质膜由上述的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法制得。具有上述电解质膜的阳极衬底进行再次高温烧结，得固体氧化物燃料电池半电池，高温烧结温度为1150~1300℃，烧结时间为1~4h。
本发明的优点和有益效果在于：
该发明通过研磨液在阳极功能层表面进行精磨，所得阳极功能层表面粗糙度小，在精磨后的阳极功能层表面制备电解质膜，所得电解质膜内阻低且致密度高，有效提高了电池的功率密度和输出性能。
附图说明
图1是本发明电解质膜/阳极功能层/阳极支撑层半电池结构示意图；
图2是本发明实施例1精磨后阳极衬底上镀电解质膜的断面和表面形态扫描电镜图；
图3是本发明实施例1阳极功能层表面粗糙度的测定示意图；
图4是本发明实施例1阳极功能层表面的显微示意图；
图5是本发明实施例1电解质膜和阳极衬底共烧结后半电池的扫描电镜图；
图6是本发明实施例1半电池制备的SOFC电池的阻抗特性曲线图；
图7是本发明实施例1半电池制备的SOFC单电池的输出特性曲线图；
图8是本发明对比例1半电池制备的SOFC电池的阻抗特性曲线图；
图9是本发明对比例2未精磨阳极衬底上镀电解质膜的断面和表面形态的扫描电镜图；
图10是本发明制备组件实施例6的结构示意图；
图11是本发明制备组件实施例6的剖面图；
图12是本发明制备组件实施例6清洗池的俯视图；
图13是本发明制备组件实施例6移动组件的结构示意图；
图14是本发明制备组件实施例6负压装置的俯视图；
图15是本发明制备组件实施例7负压装置的剖面图；
如图，1.电解质膜，2.阳极功能层，3.阳极支撑层，4.负压装置，4a.吸气口，4aa.吸气端，4b.排气口，5.驱动组件，5a.转动电机，5b.齿轮，5c.驱动轮，5d.传动轮，5e.同步带，5f.从动轮，5g.同心轴，6.移动组件，6a.移动电机，6b.工字滚轮，6c.导轨，7.加热件，8.缓冲件，9.超声波发生器，10.支架，11.阳极衬底. 12.清洗池，12a.进液口，12b.排液口，13.转动带，13a.升降部，14.承载件。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
钇稳定氧化锆购自焦作李封工业有限责任公司，型号BQ-8Y；
靶材钇和锆购自江西海特新材料有限公司；
氧化铝购自国药集团化学试剂有限公司；
烷基苯磺酸钠购自国药集团化学试剂有限公司；
甘油购自国药集团化学试剂有限公司；
氧化镍购自国药集团化学试剂有限公司；
无水乙醇购自国药集团化学试剂有限公司；
丁酮购自国药集团化学试剂有限公司；
三乙醇胺购自国药集团化学试剂有限公司；
聚乙二醇购自国药集团化学试剂有限公司；
邻苯二甲酸二丁酯购自国药集团化学试剂有限公司；
聚乙二醇缩丁醛购自国药集团化学试剂有限公司；
球形石墨购自奥宇石墨集团有限公司；
高精密平面研磨机：深圳市海德精密机械有限公司；
行星球磨机：德国耐驰PM100；
磁控溅射镀膜机：新柯隆ASC-800；
台阶仪：小阪研究所，surfcorder ET 200A。
阳极功能层的浆料配制：
按重量百分数计，氧化镍为55%，钇稳定氧化锆为45%混合均匀，形成第一固形物；无水乙醇为60%，丁酮为40%混合均匀，并加入无水乙醇和丁酮总质量1%的三乙醇胺，形成第一溶剂；第一固形物为52%，第一溶剂为43%混合放于行星球磨机球磨24h，形成阳极功能层浆料基液。聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和聚乙烯醇缩丁醛按质量比为1：1：2混合形成第一助剂，按阳极功能层浆料基液与第一助剂的质量比为100：5混合放于行星球磨机球磨24h，除气后获得阳极功能层浆料。
阳极支撑层的浆料配制：
按重量百分数计，氧化镍为55%，钇稳定氧化锆为45%混合均匀，再将氧化镍和钇稳定氧化锆混合物与球形石墨按质量比为9：1混合，形成第二固形物；无水乙醇为60%，丁酮为40%混合均匀，并加入无水乙醇和丁酮总质量1%的三乙醇胺，形成第二溶剂；第二固形物和第二溶剂按质量比为50：45混合放于行星球磨机球磨24h，形成阳极支撑层浆料基液。聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和聚乙烯醇缩丁醛按质量比为1：1：2混合形成第二助剂，按阳极支撑层浆料基液与第二助剂按质量比为95：5混合放于行星球磨机球磨24h，除气后获得阳极支撑层浆料。
实施例1
如图1~7所示，固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：在聚乙烯薄膜载带表面采用双层流延法制备依次层叠的阳极功能层和阳极支撑层，阳极功能层和阳极支撑层分别由上述的阳极功能层浆料和阳极支撑层浆料流延制得，室温下干燥24h，干燥固化后褪去载带，得阳极衬底生坯；
S2：高温烧结阳极衬底生坯前还包括低温排碳，低温排碳包括第一次排碳和第二次排碳；
第一次排碳的升温速率为5℃/min，升至300℃，保持时间为1h；得阳极衬底；
第二次排碳的升温速率为3℃/min，升至500℃，保持时间为1h；得阳极衬底；
高温烧结阳极衬底生坯的升温速率为2℃/min，升至1300℃，结保持时间为2h；得阳极衬底；
S3：配置研磨液；
S4：将研磨液施加于阳极功能层表面，进行精磨；研磨时间为30min，转速为600rpm，压强0.1MPa。
S5：清洗研磨残留物，采用水基清洗剂、纯净水和有机溶剂依次超声清洗阳极衬底；
S6：在精磨后的阳极功能层表面采用制备电解质膜。
研磨液包括氧化铝、丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油；研磨液的配置包括以下步骤：
S1’：磨料、丁酮、乙醇和三乙醇胺按质量比10：12：18：0.4混合溶解，球磨24h混合均匀，初步分散得研磨基液；
S2’：将聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油按质量比为10:1:1复配形成稳定液；
S3’：研磨基液和稳定液按质量比为10.1：1混合，球磨12h混合均匀，分散均匀得研磨液。
阳极衬底包括阳极功能层和阳极支撑层，阳极功能层的层厚40μm；阳极支撑层层厚600μm。
氧化钇稳定氧化锆电解质中，氧化钇为8.5mol%，氧化锆为91.5mol%。
电解质膜的制备方法为磁控溅射法，电解质膜的层厚为3μm。靶材为钇锆金属混合靶，钇锆金属混合靶中钇为15wt%，锆为85wt%，靶材溅射功率为2kW，溅射速率为0.2nm/s，真空腔溅射气压为0.065Pa，溅射气体氩气流速为120sccm，辅助离子源功率2.5kW，反应气体氧气流速为20sccm。
固体氧化物燃料电池半电池包括电解质膜，电解质膜由上述的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法制得。具有电解质膜的阳极衬底进行再次高温烧结，再次高温烧结包括一段高温烧结和二段高温烧结，一段高温烧结升温速率为3℃/min，升至1150℃，一段高温烧结保持时间为1h；二段高温烧结升温速率为1℃/min，升至1250℃，二段高温烧结保持时间为2h，自然冷却至室温。
电解质膜和阳极衬底再次高温烧结采用压烧方式烧结，电解质膜与氧化锆承烧板接触，再将压板覆盖于阳极支撑层表面，压板为氧化铝多孔板，得固体氧化物燃料电池半电池。
实施例2
实施例2基于实施例1，区别在于，S1’悬浮液中未包括三乙醇胺，
研磨液的配置包括以下步骤：
S1’：磨料、丁酮、乙醇按质量比10：12：18混合溶解，球磨24h混合均匀，初步分散得研磨基液；
S2’：将聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油按质量比为10:1:1复配形成稳定液；
S3’：研磨基液和稳定液按质量比为10.1：1混合，球磨12h混合均匀，分散均匀得研磨液。
实施例3
实施例3基于实施例1，区别在于，稳定液中未包括甘油，
研磨液的配置包括以下步骤：
S1’：磨料、丁酮、乙醇和三乙醇胺按质量比10：12：18：0.4混合溶解，球磨24h混合均匀，初步分散得研磨基液；
S2’：将聚乙二醇和烷基苯磺酸钠按质量比为10:2复配形成稳定液；
S3’：研磨基液和稳定液按质量比为10.1：1混合，球磨12h混合均匀，分散均匀得研磨液。
实施例4
实施例4基于实施例1，区别在于，研磨液的配置包括以下步骤：
S11’：丁酮、乙醇、三乙醇胺、聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油按质量比36：54：1.2：10：1：1均匀溶解，形成混合液；
S12’：磨料和混合液按质量比为30：103.2混合，球磨36h得研磨液。
对比例1
如图8所示，对比例1基于实施例1，区别在于，阳极功能层表面未精磨，电解质膜的制备方法为流延法。
对比例2
如图9所示，对比例2基于实施例1，区别在于，固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法中阳极功能层表面未进行精磨，电解质膜的制备方法为磁控溅射法，电解质膜的层厚为3μm。
粗糙度的测定方法：
采用台阶仪在精磨过的阳极功能层表面选取一条0.8mm的线，按照步长0.5μm一个点的采样方式，采用台阶仪扫描这条线上的高度差，从而得到粗糙度。
实施例和对比例粗糙度和平面度的结果如下：
实施例2相较于实施例1，S1’悬浮液中未包括三乙醇胺，初步分散磨料所得悬浮液内存在部分软团聚的大颗粒，与稳定液混合球磨所得研磨液的大颗粒磨料未能均匀分散，则所得研磨液中磨料粒径分布不均匀对阳极功能层表面的粗糙度有消极影响。
实施例3相较于实施例1，稳定液中未包括甘油所得研磨液稳定性不佳，搁置一段时间后易出现磨料沉降，对使用寿命有消极影响。
实施例4相较于实施例1，先将有机溶剂、分散剂和表面活性剂混合再添加磨料进行球磨，所得研磨液的磨料分散不均匀，会存在较多软团聚的大颗粒，研磨阳极功能层表面时会产生划痕，其表面的粗糙度未达30~300nm的要求。
如图2~5所述，实施例1的阳极功能层表面上覆盖的电解质膜均匀完整，未见阳极功能层表面的孔洞和凸起等缺陷；实施例1的阳极功能层表面粗糙度为59nm；实施例1的电解质膜层厚为3μm。
如图6所示，曲线表示电池的阻抗谱，曲线在横轴上最靠近零点的截距代表了电池的欧姆阻抗，800℃时，由实施例1半电池制备的SOFC电池欧姆阻抗为0.1Ω·cm2。
如图7所示，曲线表示单电池在700℃、750℃和800℃下的电池输出特性，三条由左上向右下延伸的斜线代表不同温度下单电池输出的电流-电压曲线，三条由左下向右上延伸的抛物线代表不同温度下单电池的电流-功率密度曲线，800℃时，实施例1半电池制备的SOFC单电池最大输出功率密度可达0.9W /cm2，说明该单电池输出功率密度高且具有良好的输出特性。
如图8所示，曲线表示电池的阻抗谱，曲线在横轴上最靠近零点的截距代表了电池的欧姆阻抗，800℃时，由对比例1半电池制备的SOFC电池欧姆阻抗为1Ω·cm2，较于实施例1半电池制备的SOFC电池欧姆阻抗高。
如图9所示，对比例2未精磨的阳极功能层表面粗糙，且其表面镀上电解质膜后覆盖不均匀，阳极功能层表面的孔洞和凸起等缺陷未完全覆盖，未达到半电池的气密性要求；由断面图上可得，电解质膜薄厚不均，较薄处的电解质膜厚度为300~400nm，较厚处的电解质膜厚度大于1μm。
本发明还公开了固定氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备组件（具体为固定氧化物燃料电池的阳极衬底清洗装置）的两个实施例，应用于实施例1-5中的步骤S1，如下所述：
实施例6
如图10-图14所示，实施例6的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备组件，包括清洗池1，清洗池1的侧壁上设置有进液口1a和排液口1b，分别用于向清洗池1内注入清洗剂和将使用完毕的清洗剂排出清洗池1，清洗池1内的底部设置有超声波发生器9；清洗池1内设置有承载组件，承载组件设置有两组，两组承载组件均包括两个沿垂直于承载组件分布方向分布的转动带2，转动带2为长圆状，转动带2上设置有多个承载件3，承载件3间隔分布于转动带2的周向外缘上；转动带2包括沿铅垂方向延伸的升降部2a，且连接有驱动其转动的驱动组件5；承载组件中，两个转动带2的升降部2a正对且相邻设置；清洗池1的上方设置有负压装置4，负压装置的4的吸气口4a向下设置，排气口4b朝向吸气口4a的一侧，负压装置4连接有驱动其在清洗池1外侧和承载组件上方之间活动的移动组件5。
该实施例固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备组件主要用于对固体氧化物燃料电池的阳极衬底进行清洗。使用时，首先通过进液口1a向清洗池1内注入清洗剂，而后移动组件5运行，将负压装置4移动至清洗池1的外侧，使其位于阳极衬底11的正下方；之后负压装置4启动，在吸气口4a处形成负压，将阳极衬底11向上吸起，从而完成阳极衬底11的吸取；之后移动组件5运行，将负压装置4及其下方的阳极衬底11移动至承载组件上方后，负压装置4停止运行，使得阳极衬底11受重力作用影响落在转动带2升降部2a上的承载件3上，该清洗装置中，承载组件共两组，每组承载组件共两个转动带，使得设备共有四个转动带2，承载件3共有四个，形成对阳极衬底11四角处的承载点，保证阳极衬底11的稳定承载，防止掉落。
而后驱动组件5运行，驱动四个转动带2同时转动，带动承载件3向下移动至清洗液的液面下方；此处，转动带2的周向外缘上间隔设置有多个承载件3，从而方便装置同时承载多个阳极衬底11进行清洗。当阳极衬底11移动至清洗液液面下方后，超声波发生器9运行，在清洗液中传播超声波信号，对阳极衬底11进行清洗。
在清洗过后，驱动组件5运行，带动四个转动带5按照原先方向的反方向运行，带动升降部2a上的承载件3向上移动，使得各个阳极衬底11逐一脱离清洗液，当阳极衬底11上移至脱离清洗液后，负压装置4启动，吸气口4a吸气后产生负压，吸引阳极衬底11向上移动，而与此同时，空气从排气口4b排出，吹在阳极衬底11上，将阳极衬底11表面残留的清洗液吹落至清洗池1内，如此，既避免了残留的清洗液落在清洗池11外部造成环境污染，又防止这些残留物影响燃料电池的生产质量。在将残留清洗液吹落后，负压装置4保持运行状态，而移动组件6带动负压装置4移动至清洗池1的外侧，方便放置清洁完后的阳极衬底11，以便燃料电池的下道工序继续顺利进行。
移动组件6驱动负压装置4沿垂直于升降部2a的长度方向水平移动于两个承载组件之间，移动装置包括移动电机5a，移动电机5a具有两个同轴心线的旋转输出端且旋转输出端固定连接有工字滚轮6b，工字滚轮5b的下方设置有长条状且与其滚动配合的导轨6c，导轨6c通过支架10固定于清洗池1的上方。
采用上述设计后，使得该清洗装置的结构更为紧凑，移动组件6驱动负压装置4在两个承载组件之间移动，并且缩短了负压装置4的行程，使得负压装置4能够快速移动至清洗池1正上方或者外侧；工字滚轮6b的设计，能够保证负压装置4的稳定移动，防止发生偏移。需要说明的是，移动组件6也可以采用其他机械结构，驱动负压装置4沿垂直于转动带2升降部的方向水平移动。
驱动组件3包括固定于清洗池1外的转动电机5a和转动设置于清洗池1外的两个型号相同且相互啮合的齿轮5b，转动电机5a的输出端与其中一个齿轮5b同轴心线连接；两个齿轮5b上均同轴心线固定有驱动轮5c，驱动轮5c通过同步带5e连接有传动轮5d；驱动组件3包括设置于转动带2内侧两端且与转动带5贴合的从动轮5f，转动带2内侧底端的从动轮5f转动设置于清洗池1内，内侧顶端的从动轮5f通过同心轴5g与传动轮5d同轴心线固定连接。
驱动组件3运行时，转动电机5a启动，使得两个齿轮5b沿相反方向保持相同的转速，进而带动两个驱动轮5c反向同速转动，驱动轮5c通过同步带5e在带动传动轮5d转动，传动轮5d通过同心轴5g将转动信号传递给高处的从动轮5f，在低处从动轮5f的配合作用下，使得转动带2沿其周向转动，进而带动升降部2a位置处的承载件3升降移动，将需要清洗的阳极衬底11下移至清洗液液面下方，或者将清洗后的阳极衬底11上台至清洗液液面上方。
负压装置4的吸气口4a和出气口4b均为长条状，且二者的延伸方向相垂直，吸气口4a沿垂直于两个承载组件的分布方向延伸于两个承载组件之间。
采用该设计，增大了吸气口4a和出气口4b的面积，而增大吸气口4a面积后，使得吸气口4a与阳极衬底11的接触面增大，避免相同吸力作用下，阳极衬底11受到过大的压强而变形甚至损坏；而出气口4b采用长条状，扩大了出气面积，保证从出气口4b排出的空气能够扩散并均匀作用阳极衬底11上，将阳极衬底11表面的清洗剂残留物吹落。
实施例7
如图15所示，实施例7的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备组件，基于实施例6，区别在于，负压装置4上设置有加热件7，加热件7为设置于进气口4a和出气口4b之间的电热网；吸气口4a的吸气端4aa倾斜设置，吸气端4aa与排气口4b相邻的一侧高于另一侧；吸气端4aa设置有弹性的缓冲件8，缓冲件8a的材料为海绵。
相比于实施例1，本实施例三处改进，如下所述：
其一，在进气口4a和出气口4b之间设置加热件7，能够对吹向阳极衬底11的空气进行加热，使得热量传递至阳极衬底11上，有利于阳极衬底11升温，从而实现对阳极衬底11的快速干燥，当然，加热件7也可以设置于出气口4b的出气侧；
其二，将进气口4a的吸气端，即其与阳极衬底11接触的一端设置成倾斜的结构，使得吸取清洗的阳极衬底11后，阳极衬底11保持倾斜的角度，此时，残留在阳极衬底11上的部分残留清洗液能够顺着阳极衬底11的表面流动，从而加速对阳极衬底11表面的清洁；
其三，利用海绵制成的缓冲件8，能够减缓阳极衬底11对吸气口4a的冲击，防止吸取阳极衬底11时，负压吸引力过大，导致阳极衬底11移动速度过快后，冲击吸气口4a造成阳极衬底11的变形甚至损坏；并且缓冲件8为海绵，能够吸收阳极衬底11上与吸气口4a部位接触的清洗液，进一步防止阳极衬底11上有清洗液残留，导致燃料电池的生产质量降低。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，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 (4)

1.一种固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在载带表面制备依次层叠的阳极功能层和阳极支撑层，干燥固化后褪去所述载带，得阳极衬底生坯；
S2：高温烧结所述阳极衬底生坯，得阳极衬底；
S3：配置研磨液；
S4：将所述研磨液施加于所述阳极功能层表面，进行精磨；
S5：清洗研磨残留物；
S6：在精磨后的所述阳极功能层表面制备电解质膜；
所述研磨液的配置包括以下步骤：
S1’：磨料、丁酮、乙醇和三乙醇胺混合球磨，初步分散得研磨基液；
S2’：将聚乙二醇、甘油和烷基苯磺酸钠混合形成稳定液；
S3’：所述研磨基液和稳定液混合球磨，分散均匀得研磨液；
所述磨料为氧化铝粉、碳化硅粉和氧化锆粉中至少一种，所述磨料球磨后的粒径为50~1000nm；
所述磨料、丁酮和乙醇混合得悬浮液，所述研磨基液还包括三乙醇胺；
所述三乙醇胺占所述悬浮液总质量的0.5~1%；
所述磨料与丁酮和乙醇总质量的质量比为1：（2~4）；
所述聚乙二醇、烷基苯磺酸钠和甘油的质量比为10：（0.5~1.5）：（0.5~1.5）；
所述阳极功能层的主要组成为氧化镍和钇稳定氧化锆；
所述S4精磨后阳极功能层表面的粗糙度为30~300nm；
所述电解质膜的制备方法为磁控溅射法，所述电解质膜的层厚为1~3μm；
所述电解质膜的主要组成为氧化钇稳定氧化锆，按摩尔百分数计，所述氧化钇稳定氧化锆中氧化钇为8.3~8.8%，氧化锆为91.2~91.7%；
所述载带为有机薄膜、镀有无机膜的有机薄膜中的一种。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，其特征在于，所述悬浮液和稳定液的质量比为（8~11）：1。
3.根据权利要求1所述的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法中靶材为钇锆金属混合靶，或钇靶与锆靶双靶共溅射；
按重量百分比计，所述钇锆金属混合靶中钇为10~20%，锆为80~90%，所述混合靶的靶材溅射功率为1.5~3kW，溅射速率为0.1~0.35nm/s，真空腔溅射气压为0.02~0.5Pa；
所述钇靶与锆靶双靶共溅射中钇靶的溅射功率为0.3~1kW，所述锆靶的溅射功率为1~3kW，所述钇靶与锆靶双靶的共溅射速率为0.1~0.45nm/s，真空腔溅射气压为0.02~0.5Pa。
4.一种固体氧化物燃料电池半电池，包括电解质膜，其特征在于，所述电解质膜由权利要求1~3中任意一项所述的固体氧化物燃料电池超薄电解质膜的制备方法制得。
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