CN116856020A - Ysz电解质层及其制备方法和电池 - Google Patents
Ysz电解质层及其制备方法和电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116856020A CN116856020A CN202311131911.3A CN202311131911A CN116856020A CN 116856020 A CN116856020 A CN 116856020A CN 202311131911 A CN202311131911 A CN 202311131911A CN 116856020 A CN116856020 A CN 116856020A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ysz
- electrolyte layer
- electrolyte
- equal
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 140
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 37
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 88
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 50
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 44
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 44
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 44
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 44
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 22
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 22
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 22
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 36
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 35
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 5
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical group [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical group [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D1/00—Electroforming
- C25D1/12—Electroforming by electrophoresis
- C25D1/14—Electroforming by electrophoresis of inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
- C25D13/02—Electrophoretic coating characterised by the process with inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
- C25D13/12—Electrophoretic coating characterised by the process characterised by the article coated
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种YSZ电解质层及其制备方法和电池，涉及电池技术领域，旨在解决常规烧结法制备的二氧化锆，纯度低的技术问题。本发明提供的YSZ电解质层的制备方法，包括：将氟化钠、氯化钾、氟化锂、一氧化锆、三氧化二钇放在反应釜中；加热反应釜至第一预设温度，并保温第一预设时长，以在反应釜内生成YSZ粉体；配制电解液，电解液的成分包括氯化钠、氯化钾和氟化锂；将YSZ粉体投入电解液内，加热电解液，并向电解液中通电，以沉积出YSZ电解质层。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种YSZ电解质层及其制备方法和电池。
背景技术
相关技术通常采用烧结法制备二氧化锆，而通过该种方法制备的YSZ粉体，其中YSZ粉体中的二氧化锆通常纯度较低，含有一些杂质，且不适合用于丝网印刷以及喷涂工艺中使用的悬浮浆料。
因此，发明一种YSZ电解质层的制备方法以制备出含高纯度的二氧化锆的YSZ电解质层是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种YSZ电解质层的制备方法，旨在解决常规烧结法制备的二氧化锆，纯度低的技术问题。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
根据本发明的第一方面，提供一种YSZ电解质层的制备方法，包括：
配置熔盐溶剂，熔盐溶剂的成分包括氟化钠、氯化钾、氟化锂；配置反应试剂，反应试剂包括一氧化锆、三氧化二钇；将熔盐溶剂和反应试剂放在反应釜中；加热反应釜至第一预设温度，并保温第一预设时长，以在反应釜内生成YSZ粉体；配制电解液，电解液的成分包括氯化钠、氯化钾和氟化锂；将YSZ粉体投入电解液内，加热电解液，并向电解液中通电，以沉积出YSZ电解质层。
在上述技术方案中，熔盐溶剂的成分中，氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1～5：1～2：1～7。
在上述技术方案中，熔盐溶剂的成分中，氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为3：2：4。
在上述技术方案中，三氧化二钇与一氧化锆的摩尔比大于等于4：100，且小于等于5：100。
在上述技术方案中，三氧化二钇与一氧化锆的摩尔比等于4.5：100。
在上述技术方案中，第一预设温度大于等于850℃，且小于等于1050℃。
在上述技术方案中，第一预设温度等于950℃。
在上述技术方案中，第一预设时长大于等于10h，且小于等于300h。
在上述技术方案中，第一预设时长等于100h。
在上述技术方案中，电解液的成分中，氯化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1～8：1～4：1～2。
在上述技术方案中，电解液的成分中，氯化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为4：2：1.5。
在上述技术方案中，YSZ粉体与电解液的质量比大于等于5：100，且小于等于10：100。
在上述技术方案中，YSZ粉体与电解液的质量比等于8：100。
在上述技术方案中，向电解液中通电步骤中，电流密度大于等于0.1A/dm2，且小于等于5A/dm2。
在上述技术方案中，向电解液中通电步骤中，电流密度等于2A/dm2。
在上述技术方案中，加热电解液的步骤中，电解液的温度被加热至大于等于900℃，且小于等于1050℃。
在上述技术方案中，向电解液中通电的步骤中，通电时长大于等于30s，且小于等于30min。
在上述技术方案中，通电时长等于10min。
在上述技术方案中，反应试剂与熔盐溶剂的质量比大于等于5%，且小于等于60%。
根据本发明的第二方面，提供一种YSZ电解质层，本发明提供的YSZ电解质层是根据本发明第一方面任一项技术方案的YSZ电解质层的制备方法制备而成。
根据本发明的第三方面，提供一种电池，本发明提供的电池包括本发明第二方面任一项技术方案的YSZ电解质层。
本发明提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本发明通过熔盐法和电沉积法制备得到的二氧化锆粉体区别于传统烧结法制备的二氧化锆粉体，该粉体具有较高的纯度，且适合用于丝网印刷以及喷涂工艺中使用的悬浮浆料。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明制备例一提供的YSZ电解质层的制备方法的制备流程图；
图2为本发明制备例二提供的YSZ电解质层的制备方法的制备流程图；
图3为本发明制备例三提供的YSZ电解质层的制备方法的制备流程图；
图4为本发明制备例四提供的YSZ电解质层的制备方法的制备流程图；
图5为本发明制备例五提供的YSZ电解质层的制备方法的制备流程图；
图6为本发明实施例提供的YSZ电解质层的制备方法中电解原理图；
图7为本发明实施例提供的电池结构的方框图。
其中，图6和图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1电池，3电镀槽，32电解液，34YSZ粉体，36YSZ电解质层，4电源，5阳极材料，6阴极材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供的YSZ电解质层的制备方法，包括：配置熔盐溶剂，熔盐溶剂的成分包括氟化钠、氯化钾、氟化锂，配置反应试剂，反应试剂包括一氧化锆、三氧化二钇，将熔盐溶剂和反应试剂放在反应釜中；加热反应釜至第一预设温度，并保温第一预设时长，以在反应釜内生成YSZ粉体；配制电解液，电解液的成分包括氯化钠、氯化钾和氟化锂；将YSZ粉体投入电解液内，加热电解液，并向电解液中通电，以沉积出YSZ电解质层。
本实施例提供的YSZ电解质层的制备方法，在制备YSZ电解质层的过程中，先将氟化钠、氯化钾、氟化锂、一氧化锆、三氧化二钇放在反应釜中，加热反应釜至第一预设温度，并保温第一预设时长，其中，氟化钠、氯化钾、氟化锂作为熔盐溶剂，一氧化锆、三氧化二钇作为反应试剂，这样对其进行加热后就可以在反应釜内生成YSZ粉体，YSZ粉体的主要成分为钇稳定氧化锆粉体，然后以氯化钠、氯化钾和氟化锂为原料配置电解液，将YSZ粉体投入电解液内，加热电解液，并向电解液中通电，这样可以获得YSZ电解质层。本发明通过熔盐法和电沉积法制备得到的YSZ粉体区别于传统烧结法制备的YSZ粉体，该粉体具有纯度高、粒径小且分布均匀、与乙醇溶剂匹配性高的特点，适合用于丝网印刷以及喷涂工艺中使用的悬浮浆料。可以理解的，通常为了把阴极材料负载到固态电解质表面，采用的是丝印技术，其中乙醇溶剂用于把阴极材料干粉体调制成浆料，这样方便丝印，而传统的烧结法制备的YSZ粉体与乙醇溶剂匹配性较低，这样就使得丝印效果不好，导致导电效果不好，而本申请克服了YSZ粉体与乙醇溶剂匹配性较低的问题，提高了导电性。
在上述实施例中，熔盐溶剂的成分中，氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1～5：1～2：1～7。
在该技术方案中，也即氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1～5：1～2：1～7。也即在配置熔盐溶剂的过程中按照摩尔进行配比，氟化钠占1至5份，氯化钾占1至2份，氟化锂占1至7份，进一步的，氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为3：2：4。控制氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比可以使得反应试剂更好的溶解在熔盐溶剂中，提高反应速率。
在上述实施例中，三氧化二钇与一氧化锆的摩尔比大于等于4：100，且小于等于5：100。
在该实施例中，控制三氧化二钇与一氧化锆的摩尔比大于等于4：100，且小于等于5：100，也即控制钇原子和锆原子的原子比大于等于8：100，且小于等于10：100，控制钇原子和锆原子的原子比可以提高三氧化二钇与一氧化锆的反应速率，还可以提高YSZ粉体的产量。进一步的，三氧化二钇与一氧化锆的摩尔比等于4.5：100。
在上述实施例中，第一预设温度大于等于850℃，且小于等于1050℃。
在该实施例中，第一预设温度大于等于850℃，且小于等于1050℃，也即三氧化二钇与一氧化锆的反应温度大于等于850℃，且小于等于1050℃，进一步的，第一预设温度等于950℃，这样可以确保三氧化二钇与一氧化锆发生反应。
在上述实施例中，第一预设时长大于等于10h，且小于等于300h。
在该实施例中，第一预设时长大于等于10h，且小于等于300h。也即三氧化二钇与一氧化锆的反应时长大于等于10h，且小于等于300h，这样可以确保三氧化二钇与一氧化锆充分反应。进一步的，第一预设时长等于100h。
在上述实施例中，电解液的成分中，氯化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1～8：1～4：1～2。
在该实施例中，NaCl、KCl和LiF的摩尔比为1～8：1～4：1～2，也即在配置电解液的过程中按照摩尔进行配比，氯化钠占1至8份，氯化钾占1至4份，氟化锂占1至2份，进一步的，氯化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为4：2：1.5，这样可以保证电解效率。
在上述实施例中，YSZ粉体与电解液的质量比大于等于5：100，且小于等于10：100。
在该实施例中，YSZ粉体与电解液的质量比大于等于5：100，且小于等于10：100，进一步的，YSZ粉体与电解液的质量比等于8：100，这样可以使得YSZ粉体被充分溶解，提高了YSZ颗粒的吸附效率。
在上述实施例中，向电解液中通电步骤中，电流密度大于等于0.1A/dm2，且小于等于5A/dm2。进一步的，电流密度等于2A/dm2。
在上述实施例中，加热电解液的步骤中，电解液的温度被加热至大于等于900℃，且小于等于1050℃。
在上述实施例中，向电解液中通电的步骤中，通电时长大于等于30s，且小于等于30min。可选的，通电时长等于10min。
在上述实施例中，反应试剂与熔盐溶剂的质量比大于等于5%，且小于等于60%。
在上述实施例中，YSZ电解质层粉体具有低的颗粒尺寸、纯度高以及分布均匀的特点。
根据本发明的第二方面的实施例提供一种YSZ电解质层，本发明提供的YSZ电解质层是根据本发明第一方面任一项实施例的YSZ电解质层的制备方法制备而成。
本实施例提供了一种新型SOEC（solid-oxide-electrolysis-cell，固态氧化物电解池）单电池中YSZ电解质层制备方法，包括如下步骤：
制备YSZ粉体A与电沉积电解液B；其中，YSZ粉体A由熔盐法制备（其中，熔盐溶剂NaF、KCl和LiF的摩尔比=1～5：1～2：1～7，反应试剂ZrO和Y2O3的摩尔比=100：8～10），将熔盐溶剂和反应试剂密封在罐体中进行烧结工艺，烧结温度为850℃至1050℃，保温10 h至300h，然后依次进行清洗、烘干的步骤得到YSZ粉体A，将YSZ粉体A和电解液B以质量比为5～10：100的比例混合（电解液B组分由摩尔比为1～8：1～4：1～2 的NaCl、KCl和LiF组成），混合后放置在电解容器中，将电解容器与电源的阳极链接，电源的另一端与石墨板相连放置在电解容器中进行电沉积工艺，得到YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置为：电流密度0.1～5A/dm2，温度设置900℃至1050℃，沉积时间30s至30min。
参见图7，根据本发明的第三方面的实施例提供一种电池1，本发明提供的电池1包括本发明第二方面技术方案的YSZ电解质层36；进一步的，本发明的电池1为固体氧化物电解单电池。
实施例一
一种新型SOEC单电池中YSZ电解质层制备方法，包括：
制备YSZ粉体A与电沉积电解液B；其中，YSZ粉体A由熔盐法制备，制备工艺为将摩尔比NaF：KCl：LiF=1～5：1～2：1～7组成的熔盐溶剂与摩尔比ZrO：Y2O3=100：8～10组成的反应试剂混合，装在封闭罐体中进行烧结工艺；其中，烧结温度为850℃～1050℃ ，保温时长为10 h～300h，烧结后进行清洗、烘干等步骤完成YSZ粉体制备；其中，电沉积电解液B由摩尔比NaCl：KCl：LiF=1～8：1～4：1～2的溶液组成；
将质量比为5～10：100的YSZ粉体A和电沉积电解液B混合并放置在容器中，电源的阳极放置在容器中，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积工艺；电沉积工艺设置：电流密度0.1 A/dm2～5A/dm2，电沉积温度设置900℃～1050℃，沉积时间30s～30min。
实施例一的制备例一
参见图1，一种YSZ电解质层的制备方法，包括如下步骤：
S101：配置氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1：1：1的原材料作为熔盐溶剂；
S102：配置一氧化锆和三氧化二钇摩尔比为100：4的原材料作为反应试剂；
S103：将反应试剂和熔盐溶剂装在封闭罐体中进行烧结处理，烧结温度为850℃，保温10 h，然后经过清洗、烘干，完成YSZ粉体的制备；
S104：配置NaCl、KCl和LiF的摩尔比为1：2：1的原材料作为电解液，将YSZ粉体和电解液以5：10（质量比）的份数进行混合，将混合液放置在电镀槽中并与电源的阳极连接，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积，以沉积出YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置：电流密度0.1A/dm2，温度设置850℃，沉积时间30s。
实施例一的制备例二
参见图2，一种YSZ电解质层的制备方法，包括如下步骤：
S201：配置氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1：2：1的原材料作为熔盐溶剂；
S202：配置一氧化锆和三氧化二钇摩尔比为100：4.5的原材料作为反应试剂；
S203：将反应试剂和熔盐溶剂装在封闭罐体中进行烧结处理，烧结温度为900℃，保温50 h，然后经过清洗、烘干，完成YSZ粉体的制备；
S204：配置NaCl、KCl和LiF的摩尔比为1：4：2的原材料作为电解液，将YSZ粉体和电解液以5：20（质量比）的份数进行混合，将混合液放置在电镀槽中并与电源的阳极连接，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积，以沉积出YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置：电流密度1A/dm2，温度设置900℃，沉积时间1min。
实施例一的制备例三
参见图3，一种YSZ电解质层的制备方法，包括如下步骤：
S301：配置氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为1：2：5的原材料作为熔盐溶剂；
S302：配置一氧化锆和三氧化二钇摩尔比为100：4.5的原材料作为反应试剂；
S303：将反应试剂和熔盐溶剂装在封闭罐体中进行烧结处理，烧结温度为950℃，保温100h，然后经过清洗、烘干，完成YSZ粉体的制备；
S304：配置NaCl、KCl和LiF的摩尔比为5：3：1的原材料作为电解液，将YSZ粉体和电解液以5：30（质量比）的份数进行混合，将混合液放置在电镀槽中并与电源的阳极连接，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积，以沉积出YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置：电流密度2A/dm2，温度设置950℃，沉积时间5min。
实施例一的制备例四
参见图4，一种YSZ电解质层的制备方法，包括如下步骤：
S401：配置氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为2：2：7的原材料作为熔盐溶剂；
S402：配置一氧化锆和三氧化二钇摩尔比为100：5的原材料作为反应试剂；
S403：将反应试剂和熔盐溶剂装在封闭罐体中进行烧结处理，烧结温度为1000℃，保温200h，然后经过清洗、烘干，完成YSZ粉体的制备；
S404：配置NaCl、KCl和LiF的摩尔比为8：3：2的原材料作为电解液，将YSZ粉体和电解液以5：40（质量比）的份数进行混合，将混合液放置在电镀槽中并与电源的阳极连接，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积，以沉积出YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置：电流密度3A/dm2，温度设置1000℃，沉积时间10min。
实施例一的制备例五
参见图5，一种YSZ电解质层的制备方法，包括如下步骤：
S501：配置氟化钠、氯化钾和氟化锂的摩尔比为5：1：1的原材料作为熔盐溶剂；
S502：配置一氧化锆和三氧化二钇摩尔比为100：4.5的原材料作为反应试剂；
S503：将反应试剂和熔盐溶剂装在封闭罐体中进行烧结处理，烧结温度为1050℃，保温300h，然后经过清洗、烘干，完成YSZ粉体的制备；
S504：配置NaCl、KCl和LiF的摩尔比为8：1：1的原材料作为电解液，将YSZ粉体和电解液以5：100（质量比）的份数进行混合，将混合液放置在电镀槽中并与电源的阳极连接，电源的另一端与石墨板相连放置在容器中进行电沉积，以沉积出YSZ电解质层；其中，电沉积工艺设置：电流密度5A/dm2，温度设置1050℃，沉积时间30min。
进一步的，上述每一制备例的YSZ电解质层的制备方法中，电解原理参见图6，电镀槽3内为NaCl：KCl和LiF的电解液32以及YSZ粉体34，电源4的阳极通过阳极材料5深入到电解液32内，电源4的阴极通过阴极材料6深入到电解液32内，当电源4通电后，电解液32中的YSZ粉体34会向电源的阳极运动，附着在阳极材料5的表面形成YSZ电解质层36。
通过上述实施例一的制备例一～制备例五的YSZ电解质层，其YSZ电解质层中二氧化锆纯度较行业标准更高，二氧化锆纯度、电化学性能和稳定性数据参见如下表一：
表一 实施例一的制备例一～制备例五的二氧化锆纯度、电化学性能和稳定性
| 制备例一 | 制备例二 | 制备例三 | 制备例四 | 制备例五 | |
| NaF：KCl：LiF（摩尔比） | 1：1：1 | 1：2：1 | 1：2：5 | 2：2：7 | 5：1：1 |
| ZrO2：Y2O3（摩尔比） | 100：4 | 100：4.5 | 100：5 | 100：5 | 100：4.5 |
| 烧结温度（℃） | 850 | 900 | 950 | 1000 | 1050 |
| 保温时间（h） | 10 | 50 | 100 | 200 | 300 |
| NaCl：KCl：LiF（摩尔比） | 1：2：1 | 1：4：2 | 5：3：1 | 8：3：2 | 8：1：1 |
| YSZ粉体A：电解液B（质量比） | 5：10 | 5：20 | 5：30 | 5：40 | 5：100 |
| 电沉积工艺电流密度（A/dm2） | 0.1 | 1 | 2 | 3 | 5 |
| 电沉积工艺温度（℃） | 850 | 900 | 950 | 1000 | 1050 |
| 电沉积工艺沉积时间 | 30s | 1min | 5min | 10min | 30min |
| 电化学性能（W/cm2） | 1.05 | 1.12 | 1.25 | 1.03 | 1.21 |
| 稳定性（衰减率/千小时） | 5.1％ | 7.2％ | 7.8％ | 6.5％ | 8.2％ |
表一
现有技术中，通常的固体氧化物电池例如厂家SOFCMAN的型号为阳极支撑的单电池的电化学性能约为0.98 W/cm2；稳定性约为4.6 %/千小时。
虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。
由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (20)
1.一种YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，包括：
配置熔盐溶剂，所述熔盐溶剂的成分包括氟化钠、氯化钾、氟化锂；
配置反应试剂，所述反应试剂包括一氧化锆、三氧化二钇；
将所述熔盐溶剂和所述反应试剂放在反应釜中；
加热所述反应釜至第一预设温度，并保温第一预设时长，以在所述反应釜内生成YSZ粉体；
配制电解液，所述电解液的成分包括氯化钠、氯化钾和氟化锂；
将所述YSZ粉体投入所述电解液内，加热所述电解液，并向所述电解液中通电，以沉积出所述YSZ电解质层。
2.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述熔盐溶剂的成分中，所述氟化钠、所述氯化钾和所述氟化锂的摩尔比为1～5：1～2：1～7。
3.根据权利要求2所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述熔盐溶剂的成分中，所述氟化钠、所述氯化钾和所述氟化锂的摩尔比为3：2：4。
4.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述三氧化二钇与所述一氧化锆的摩尔比大于等于4：100，且小于等于5：100。
5.根据权利要求4所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述三氧化二钇与所述一氧化锆的摩尔比为4.5：100。
6.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述第一预设温度大于等于850℃，且小于等于1050℃。
7.根据权利要求6所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述第一预设温度等于950℃。
8.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述第一预设时长大于等于10h，且小于等于300h。
9.根据权利要求8所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述第一预设时长等于100h。
10.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述电解液的成分中，所述氯化钠、所述氯化钾和所述氟化锂的摩尔比为1～8：1～4：1～2。
11.根据权利要求10所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述电解液的成分中，所述氯化钠、所述氯化钾和所述氟化锂的摩尔比为4：2：1.5。
12.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述YSZ粉体与所述电解液的质量比大于等于5：100，且小于等于10：100。
13.根据权利要求12所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，
所述YSZ粉体与所述电解液的质量比等于8：100。
14.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述向所述电解液中通电步骤中，电流密度大于等于0.1A/dm2，且小于等于5A/dm2。
15.根据权利要求14所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述向所述电解液中通电步骤中，电流密度等于2A/dm2。
16.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述加热所述电解液的步骤中，所述电解液的温度被加热至大于等于900℃，且小于等于1050℃。
17.根据权利要求1所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述向所述电解液中通电的步骤中，通电时长大于等于30s，且小于等于30min。
18.根据权利要求17所述的YSZ电解质层的制备方法，其特征在于，所述通电时长等于10min。
19.一种YSZ电解质层，其特征在于，
所述YSZ电解质层是通过如权利要求1至18中任一项所述的YSZ电解质层的制备方法制备而成。
20.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求19所述的YSZ电解质层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311131911.3A CN116856020B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | Ysz电解质层及其制备方法和电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311131911.3A CN116856020B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | Ysz电解质层及其制备方法和电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116856020A true CN116856020A (zh) | 2023-10-10 |
| CN116856020B CN116856020B (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=88229058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311131911.3A Active CN116856020B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | Ysz电解质层及其制备方法和电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116856020B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6093297A (en) * | 1996-04-02 | 2000-07-25 | Nkk Corporation | Method for depositing solid electrolyte layer |
| US20100048379A1 (en) * | 2008-05-07 | 2010-02-25 | Aruna Singanahalli Thippareddy | Process for the production of plasma sprayable yttria stabilized zirconia (ysz) and plasma sprayable ysz powder produced thereby |
| CN104451207A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 沈阳铸造研究所 | 一种真空感应熔炼4j36低膨胀合金的工艺方法 |
| CN108609652A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-10-02 | 李春月 | 一种利用熔盐制备二氧化锆纳米粉体的方法 |
| CN109437296A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-08 | 洛阳理工学院 | 一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法 |
| CN111807835A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-10-23 | 巩义正宇新材料有限公司 | 一种高稳定氧化锆及其生产工艺 |
-
2023
- 2023-09-04 CN CN202311131911.3A patent/CN116856020B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6093297A (en) * | 1996-04-02 | 2000-07-25 | Nkk Corporation | Method for depositing solid electrolyte layer |
| US20100048379A1 (en) * | 2008-05-07 | 2010-02-25 | Aruna Singanahalli Thippareddy | Process for the production of plasma sprayable yttria stabilized zirconia (ysz) and plasma sprayable ysz powder produced thereby |
| CN104451207A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-03-25 | 沈阳铸造研究所 | 一种真空感应熔炼4j36低膨胀合金的工艺方法 |
| CN108609652A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-10-02 | 李春月 | 一种利用熔盐制备二氧化锆纳米粉体的方法 |
| CN109437296A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-08 | 洛阳理工学院 | 一种熔盐法制备四方相氧化锆纳米棒的方法 |
| CN111807835A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-10-23 | 巩义正宇新材料有限公司 | 一种高稳定氧化锆及其生产工艺 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HAO CHEN等: "Effect of raw material particle size on the synthesis of la2zr2o7 by the molten salt method", INORGANIC CHEMISTRY, pages 4558 - 4569 * |
| JUN ZHANG等: "Fabrication of TiB2 coatings by electrophoretic deposition of synthesized TiB2 nanopartieces in molten salts", JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY, vol. 18, pages 2451 - 2457 * |
| LAXMIDHAR BESRA等: "Electrophoretic deposition on non-conductiong substrates:the case of YSZ film on NiO-YSZ composite substrates for solid oxide fuel cell application", JOURNAL OF POWER SOURCES, vol. 173, no. 1, pages 130 - 136, XP022284574, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2007.04.061 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116856020B (zh) | 2024-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110518254A (zh) | 一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法和应用 | |
| WO2010126597A1 (en) | Primary production of elements | |
| CN104282953B (zh) | 包含非对称修饰层的钠电池及其制备方法 | |
| CN104480505A (zh) | 基于超临界流体3d电沉积加工装置及方法 | |
| CN109208046B (zh) | 一种熔盐原位电沉积碳化钨/钨复合涂层的方法 | |
| CN108315763A (zh) | 一种利用离子液体电解氧化锌制备金属锌的方法 | |
| CN108441886A (zh) | 一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法 | |
| CN104466202B (zh) | 一种氟掺杂的负载活性金属的氧化镍纳米多孔锂空气电池正极材料制备 | |
| CN104733702B (zh) | 一种熔盐电解制备纳米硅碳复合负极材料的装置及方法 | |
| CN116856020B (zh) | Ysz电解质层及其制备方法和电池 | |
| CN102745704A (zh) | 一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法 | |
| CN103806044B (zh) | 氯铱酸铯-氯化物熔盐体系中电解制备铱涂层的方法 | |
| CN108611664A (zh) | 一种利用离子液体电解氧化铅制备金属铅的方法 | |
| CN116864763B (zh) | ScSZ电解质层及其制备方法和电池 | |
| CN105088277A (zh) | 铝电解用TiB2-TiB/Ti梯度复合多孔材料的制备 | |
| US20020125125A1 (en) | Cathode for aluminum production and electrolytic cell | |
| CN203644876U (zh) | 一种熔盐电解制备纳米硅碳复合负极材料的装置 | |
| CN115626658A (zh) | 一种硫化铋-硫化锌异质结构双金属硫化物的制备方法及由其制备的钾离子电池负极材料 | |
| CN111118548B (zh) | 一种复合离子液体电解质体系低温恒流电解制取铝的方法 | |
| CN108441911B (zh) | 阴极电沉积法制备锰钴复合材料的方法 | |
| González et al. | Transition between two dendritic growth mechanisms in electrodeposition | |
| CN116864704B (zh) | 燃料电池的阳极材料及其制备方法、燃料电池及其阳极 | |
| CN101698951B (zh) | 熔盐电解法制备镁锂合金的方法 | |
| CN107134577B (zh) | 一种纳米级磷酸锰锂的制备方法 | |
| CN104752704A (zh) | 一种利用离子液体电沉积制备多孔锗的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |