CN1731616A - 一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质层的制造方法，该电解质层是通过熔融或半熔状态的粒子束流高速撞击到基体表面，经扁平化后形成扁平化粒子依次堆积而成的。扁平化的粒子与其它一个或多个扁平化粒子重叠区域达到部分化学结合，结合率超过扁平化粒子表面积的50％以上，由此制备的电解质层垂直于电解质层表面方向的电导率为电解质块材电导率的一半以上。如果对由此设计制造的电解质层再配合后致密化处理，不仅能够进一步提高其气密性，还可以进一步提高电解质层的电导率和扁平粒子的结合率。采用本发明的方法制备的固体氧化物燃料电池电解质层，可简化固体氧化物燃料电池的制造工艺，降低固体氧化物燃料电池的制造成本。

Description

一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法

                          技术领域

本发明属于能源、材料加工和电力领域，涉及一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法。

                          背景技术

高温固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)可以将燃料的化学能直接转化为电能，具有发电效率高和环境友好的特点。利用燃气轮机进行联合发电，其发电效率高达60％以上，为一种理想的发电方式，再通过合理、有效地利用余热，其燃料的热在效率可以达到90％。同时SOFC具有可以使用H₂、天然气、石油液化气、煤气化气等众多碳氢燃料气体的优点。为此，SOFC的开发对于有限资源的有效利用，减少环境污染物的排放量具有重要意义。目前，SOFC存在的主要问题是如何降低SOFC的制造成本。一旦制造成本问题得到解决，基于其具有发电效率可达到常规火力发电近2倍和接近零污染排放的特点，将有可能替代目前使用的许多发电装置与系统，产生能源产业的一次革命。

固体电解质层为SOFC的关键结构层之一，SOFC对固体电解质层的要求是：(1)高的氧离子电导率而低电子迁移数；(2)高温时的相稳定性和一定的机械强度；(3)气密性；(4)良好的抗热震性；(5)对于反应气体的化学稳定性；(6)固体电解质薄膜与电极和连接材料之间的热膨胀匹配性。考虑到成本、热学和力学等综合性能要求，稳定化的二氧化锆(以下简称YSZ)是当前SOFC系统主要使用的电解质材料。为了能够制备得到致密的电解质层，目前能够应用于SOFC的制备工艺主要包括高温烧结、气相沉积、真空等离子喷涂、流延法、丝网印刷、溶胶凝胶法和溅射等方法。

SOFC一般包括支撑层、阳极、电解质、阴极和汇流极多个结构层，每个结构层制备方法的选择在满足SOFC对该结构层的要求外，还必须考虑到该制备方法对其它结构层的影响。由于SOFC对电解质层的苛刻要求，往往电解质层的制备工艺复杂、制造成本较高是导致SOFC制造成本高、商业化应用困难的主要原因。如在SOFC的研究领域一直处于领先的西门子西屋公司开发的阴极支撑型SOFC，采用了较昂贵的电化学气相沉积技术制备电解质层。以日本三菱重工为主开发的几十千瓦级的SOFC电解质层采用了工艺较复杂且成本较昂贵的真空等离子喷涂(VPS)的方法制备。

大气等离子喷涂(APS)与VPS的区别在于：APS是在大气气氛下制备涂层，而VPS是在低气压气氛下制备涂层。为了保证VPS的低气压气氛，必须将等离子喷枪和待沉积涂层的物体放置于可调整气氛压力的密闭容器内进行喷涂，这就由于密闭容器的尺寸而限制了制备试样的尺寸，且增大了操作难度，与APS相比，也提高了制备成本。

等离子喷涂陶瓷涂层为典型的层状结构(C.-J Li，et al.，Journal ThermalSpray Technology，Volume 11，2002，p365)，一般涂层中的气孔率从百分之几到百分之十几。涂层中的气孔一般由尺寸数微米至数十微米的大气孔和亚微米级的小气孔构成。与粉末冶金等常规工艺制备的材料内的近球形的气孔不同，涂层中的气孔多呈透镜状。涂层中的孔隙按照形状的不同分为三类：

(a)大气孔

此类气孔包括由于熔融液滴在基体或已形成的涂层表面的不完全填充和浸润而形成的大气孔及与未完全熔化粒子不充分扁平化形成的边界处孔隙。大气孔在空间是三维分布的，形状类似熔炼烧结的多孔材料中的气孔。尺寸一般从亚微米到大于十微米。

(b)涂层内粒子层间未结合区域

涂层内粒子层间未结合区域是由于气体卷入、沉积表面的低温状态和熔滴与沉积表面之间接触时间短所致。此类气孔的空间分布是二维的，在垂直涂层方向只有亚微米大小，而另外两个方向的尺寸和扁平粒子相当。

(c)扁平粒子内部垂直涂层方向的裂纹

这种裂纹与粒子平面垂直分布而且大部分贯穿扁平粒子，此类裂纹是由于粒子冷却过程中急冷所致。由于沉积中每个熔滴的沉积基本上是相互独立的，前一熔滴已经凝固冷却后，后续熔滴才到。因此可以认为每颗熔滴是在没有其它熔滴的干扰下完成扁平和凝固的。高温的熔滴撞击在冷的表面上将发生快速冷却凝固，凝固后的快速冷却过程将产生收缩，但是与下一层表面的结合又限制其收缩，从而扁平粒子内部出现热应力。在脆性材料的涂层中，特别是陶瓷涂层中，热应力不能通过材料的塑变或蠕变释放，只有通过开裂释放，因此涂层中就会出现垂直裂纹。垂直裂纹的空间分布是二维的，但与涂层内粒子层间未结合区域不同的是这种裂纹在平行涂层方向只有亚微米级尺度，另外两个方向一个与扁平粒子厚度相当，另一个由粒子内部复杂的裂纹网络决定，一般为十微米到几十微米左右。

对喷涂陶瓷涂层中单个扁平粒子沉积行为的研究表明，扁平化的粒子内部存在网络状垂直裂纹，无裂纹区域的等效半径均小于10微米[L.Bianchi et al.，Thin Solid Films，Volume 305，1997，p35.；A.Ohmori，et al.，Thin Solid Films，Volume 201，1991，p241]。而等离子喷涂陶瓷涂层呈现层状结构，且内部扁平粒子的结合为有限结合。通过采用电镀铜法而显化的等离子喷涂氧化铝陶瓷涂层微观结构特征表明，层间最大结合率约为32％(C.-J Li，et al.，Journal ThermalSpray Technology，Volume 11，2002，p365；A.Ohmori，et al.，Thin Solid Films，Volume 201，1991，p241；C.-J Li，et al.，Material Science Engineering A，VolumeA386，2004，p10)，等离子喷涂制备的氧化锆涂层最大结合率也低于三分之一(C.-J Li，et al.，ITSC’2005)。等离子喷涂涂层的层状结构及其扁平粒子的有限结合使得涂层的热导率和电导率约为相应块材的三分之一到五分之一(R.McPherson Thin Solid Films，Volume，112，1984，p89；C.-J Li，et al.，Surface andCoating Technology，Volume 198，2005)。APS喷涂制备的氧化锆涂层的气体泄漏率比VPS和烧结工艺制备的氧化锆层高1-2个数量级(C.-J.Li，et al.，Surfaceand Coatings Technology，Volume，190，2004，p60；H.Tsukuda，et al.，Journal ofThermal Spray Technology，Volume 9，2000，p364；K Okumura，et al.，Joumal ofThermal Spray Technology，Volume 9，2000，p354)。

由于燃料电池的阳极、阴极以及支撑层必须具有一定的气孔率以保证气体扩散，因此，APS作为低成本制备技术已经在SOFC的阳极、支撑层以及阴极和汇流极中得到了应用。但是，由于SOFC对电解质层的致密性要求，APS制备的电解质层一般不能够直接作为电解质层使用。为了能够应用APS制备的电解质层，必须对涂层进行致密化处理。如采用1500℃的高温烧结或采用放电等离子烧结等工艺对电解质层致密化后处理，但是，后处理工艺的复杂化同样会增加电解质层的制造成本。同时，APS制备的电解质层低的电导率也将限制SOFC的输出特性。因此，如何利用APS可以简便、快捷的制备电解质层的低成本特点，同时简化处理工艺以提高由此制备的电解质层的气密性和导电性以满足SOFC运行要求，从而降低SOFC的制造成本，这将为解决SOFC因制造成本高而未商业化应用提供有效的方法。

                          发明内容

本发明的目的在于，提供一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法，该方法可以简化固体氧化物燃料电池的制造工艺，降低固体氧化物燃料电池的制造成本，并且使得该方法制备的电解质层在气密性与导电性能上能够满足作为SOFC电解质层的要求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法，其特征在于，该方法通过熔融或半熔状态的粒子束流高速撞击到基体表面，经扁平化后形成扁平化粒子依次堆积而成，扁平化的粒子与其它一个或多个扁平化粒子重叠区域达到部分化学结合，其结合率超过50％的微观结构电解质涂层；具体包括以下步骤：

首先，根据燃料电池结构的不同设计，选择合适的喷涂基体，该基体可以是用于该燃料电池的阳极层或阴极层或电解质层，也可以是该燃料电池的阳极与电解质层间的过渡层或阴极与电解质层间的过渡层；其次，将基体预热到700℃到基体组份中熔点最高材料的熔点以下的某一温度；然后，在大气氛围中，采用等离子喷涂方法制备具有一定厚度的电解质层，为了提高涂层层间温度，可调整喷枪的移动速度和移动范围以调整电弧在已喷涂层表面的停留时间，充分利用高温电弧再次加热已喷涂涂层表面，以制备更加致密的电解质层。

本发明的其它一些特点是：

该电解质层的制备中采用的等离子喷涂方法包括所用适合在大气气氛中工作、并以等离子电弧为热源的热喷涂技术。比如，大气等离子喷涂，反应等离子喷涂、超音速等离子喷涂等等离子喷涂方法。

如果喷涂前对基体采取预热，其预热方式可以采用火焰、等离子射流、高频加热、电加热等一切可以提高基体温度的加热方式。基体的预热温度范围可以从700℃到基体组份中熔点最高材料的熔点以下。喷涂前基体的状态，可以是高温状态也可以是基体表层或者基体局部或者基体中某一组份处于熔融或者半熔融的状态。

喷涂前基体的结构形状可以是平面，或是圆柱面，或是圆锥面，或是变曲率的其它曲面的所有始于等离子喷涂的表面。

通过上述方法制备的电解质层可以作为燃料电池的电解质层直接使用，也可以对局部扁平粒子部分未接合区域通过填充物质来进一步致密化处理后再作为燃料电池的电解质层使用。致密化方法可以采用金属无机盐溶液、纳米电解质颗粒悬浮液或者是金属无机盐溶液和纳米电解质颗粒悬浮液相结合的方法来填充电解层中的未接合区域，然后通过后热处理工艺使水分或无机盐分解，其中的纳米电解质颗粒或无机盐分解后的氧化物颗粒滞留在未接合区域内，经过多次处理后以制备更加致密的电解质层。

通过采用本方法制备固体氧化物燃料电池电解质层，可以简化固体氧化物燃料电池的制造工艺，降低固体氧化物燃料电池的制造成本，并且使得该方法制备的电解质层在气密性与导电性能上能够满足作为SOFC电解质层的要求。

                          附图说明

图1为采用表1所示的喷涂条件，在对基体不预热的情况下喷涂后典型的YSZ扁平粒子形貌。

图2、图3和图4为采用表1所示的喷涂条件，在对基体预热700℃后，四种典型的单个YSZ扁平粒子形貌。

图5为采用表1所示的喷涂条件，不对基体预热，喷涂制备的YSZ涂层断面形貌。

图6为采用表1所示的喷涂条件，在对基体预热1000℃后，喷涂制备的YSZ涂层断面形貌。

为了更清楚的理解本发明，以下是发明人给出的实施例，但本发明不限于这些实施例。

                       具体实施方式

本发明的主要内容是一种SOFC电解质层的制造方法，该电解质层是通过熔融或半熔状态的粒子束流高速撞击到基体表面，经扁平化后形成扁平化粒子依次堆积而成的。扁平化的粒子与其它一个或多个扁平化粒子重叠区域达到部分化学结合，结合率超过扁平化粒子表面积的50％以上，由此制备的电解质层垂直于电解质层方向上的电导率为相应块材电导率的一半以上。此制造方法是在高温基体表面上，在大气氛围中，采用等离子喷涂方法制造的，其关键工艺是在对基体高温预热的条件下喷涂制备能够满足SOFC运行条件的电解质层。

表1为制备YSZ扁平粒子和YSZ涂层的APS条件。

      表1  YSZ扁平粒子和YSZ涂层的APS喷涂工艺参数

电流                                      700A

电弧电压                                  55V

电弧功率                                  38.5kW

主气(Ar)压力和流量                        0.7MPa/47.1 Lmin^-1

辅气(H₂)压力                             0.4MPa

喷涂距离                                  60mm

附图1为采用附表1所示的喷涂条件，在对基体不预热的情况下喷涂后典型的单个YSZ扁平粒子形貌。由于熔融YSZ粒子在沉积过程中，与基体的温差过大导致扁平粒子开裂，扁平粒子内部存在大量网状裂纹，且飞溅现象较严重，开裂后小粒子的尺寸范围约为3～5μm。图2、图3、和图4为采用表1所示的喷涂条件，在对基体预热700℃后，四种典型的YSZ扁平粒子形貌。通过与附图1对比可以发现，基体经过预热后，由于基体和碰撞前粒子的温差减小，如图2，粒子撞击到基体后，扁平粒子内部的裂纹数量显著降低，无裂纹区域的粒子尺寸显著增大，且出现了如图3和图4所示的没有裂纹的扁平粒子。基体经过高温预热后得到的小粒子尺寸范围约为10～50μm，且粒子扁平化过程中飞溅现象不显著。

图5为不对基体预热的条件下，在大气气氛下等离子喷涂制备的典型的YSZ涂层断面组织，图中A表示单个扁平粒子的厚度，B和C表示相邻接触的两个扁平粒子未结合区域，D表示相邻两个扁平粒子因化学结合而成为一体区域，E和F表示粒子内部的垂直裂纹。由此可见，等离子喷涂YSZ涂层呈层状结构，层间结合区域有限，且扁平粒子内部存在垂直裂纹。

图6为对基体预热1000℃后的YSZ涂层断面组织，图中A、B和C分别表示单个扁平粒子的厚度，D和E表示扁平粒子层间未结合区域，F表示相邻扁平粒子间因化学结合而成长为一体区域。与图5对比发现，等离子喷涂YSZ涂层经对基体高温预热后，如图5所示的层状结构不再明显，且相邻扁平粒子的未接合区域显著降低，化学结合区域显著提高，未发现明显的垂直裂纹。如F所示的多层扁平粒子之间均存在良好的化学结合区域显著增多。经过对基体预热后断面组织基本为一整体，与致密块材的端面结构基本现同。

通过图1-图6所示的结果说明了经过对基体高温预热后APS制备YSZ，不仅能够得到垂直裂纹较少的扁平粒子，且由此制备的涂层，层间粒子结合状态良好。通过预热制备的YSZ涂层，显著改善了涂层内粒子的结合状态，并能够显著改善涂层内部扁平粒子的结合状态。因此，可以通过对基体进行高温预热后，制备出涂层组织结构明显不同于传统方法制备的涂层，由此制备的YSZ涂层具有良好的致密度和导电性能。

对于传统APS方法制备陶瓷涂层，也有对基体预热450℃以下的公开报道[T.Chraska，et al.，Surface and coatings technology，Volume 157，2002，p238]，但是，其预热的目的是去除基本表面的吸附物以制备涂层与基体结合相对良好的涂层。在此预热温度下制备的涂层扁平粒子内同样存在着大量的垂直裂纹，开裂后的扁平粒子内部无裂纹的粒子尺寸范围均小于10μm。本发明采用高温预热的方法，目的是通过对基体高温预热以及电弧对涂层的加热作用，改变相邻扁平粒子的结合状态，使得扁平粒子的结合率高于50％，且扁平粒子内部垂直裂纹与传统方法相比显著降低或通过调整预热温度和喷涂工艺条件制备不存在垂直裂纹的扁平粒子，无裂纹的小粒子尺寸均大于10微米，制备出组织结构类似块材的陶瓷涂层。采用适用于SOFC电解质层的材料作喷涂粉末，应用本发明技术可以制备出满足SOFC气密性和电导率要求的电解质涂层。

实施例1：

采用氧乙炔火焰将阳极(如NiO/YSZ)预热到约700℃，阳极基体的结构形状是平面，或是圆柱面，或是圆锥面，或是变曲率的其它曲面。以小于30μm适合于喷涂用的8YSZ(8mol％Y₂O₃)粉末作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阳极上制备8YSZ电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度达到预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的8YSZ涂层厚度为30-50μm，然后，慢慢调整氧乙炔火焰距涂层的加热距离，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例2：

采用氧乙炔火焰将NiO/ScSZ(氧化钪稳定的氧化锆)表面加热到约1000℃，以小于30μm适合于喷涂用的ScSZ粉末作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热基体上制备ScSZ电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证等离子喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度超过预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的ScSZ涂层厚度为30-50μm，然后，将喷涂制备的涂层立即放入温度为1000℃的保温炉中，调整保温炉的降温速率为3℃/min，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例3：

采用电加热方式，将Ni/YSZ阳极预热到约800℃，以小于30μm适合于喷涂用的YSZ(4.5mol％Y₂O₃)粉末作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阳极上制备YSZ电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度达到预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的YSZ涂层厚度为30-50μm，然后，通过慢慢减小电流，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例4：

采用氧乙炔火焰将阴极(如锰酸锶镧、钴酸锶镧、铬酸锶镧、铁酸锶镧或铁酸钴锶镧)表面加热到约1000℃，以5-25μm的8mol％Y₂O₃稳定的ZrO₂(8YSZ)作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阴极基体上制备YSZ电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证等离子喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度超过预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的YSZ涂层厚度为10-40μm，然后，将喷涂制备的涂层立即放入温度为1000℃的保温炉中，调整保温炉的降温速率为3℃/min，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例5：

采用氧乙炔火焰将阴极(如锰酸锶镧、钴酸锶镧、铬酸锶镧、铁酸锶镧或铁酸钴锶镧)表面加热到约1000℃，以5-30μm的锶镁掺杂镓酸镧(如La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O₃，LSGM)作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阴极基体上制备LSGM电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证等离子喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度超过预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的YSZ涂层厚度为10-40μm，如果喷涂一次制备的LSGM尺寸不能达到设计尺寸，再次喷涂时，还需保证在即将沉积涂层处的温度达到预热温度，直至经过多次喷涂后达到设计的电解质层厚度，然后，将喷涂制备的涂层立即放入温度为1000℃的保温炉中，调整保温炉的降温速率为3℃/min，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例6：

采用氧乙炔火焰将阴极(如锰酸锶镧、钴酸锶镧、铬酸锶镧、铁酸锶镧或铁酸钴锶镧)表面加热到约900℃，以5-30μm的氧化钐掺杂的氧化铈(如(CeO₂)_0.8(SmO_1.5)_0.2，SDC)作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阴极基体上制备SDC电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证等离子喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度超过预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的SDC涂层厚度为10-40μm，如果喷涂一次制备的SDC尺寸不能达到设计尺寸，再次喷涂时，还需保证在即将沉积涂层处的温度达到预热温度，直至经过多次喷涂后达到设计的电解质层厚度，然后，将喷涂制备的涂层立即放入温度为1000℃的保温炉中，调整保温炉的降温速率为3℃/min，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例7：

采用氧乙炔火焰将Ni/GDC(氧化钆掺杂的氧化铈)表面加热到约900℃，以5-30μm的GDC(如Ce_0.8Gd_0.2O_1.9)作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在预热阴极基体上制备GDC电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证等离子喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度超过预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的GDC涂层厚度达到设计的电解质层厚度，然后，将喷涂制备的涂层立即放入温度为1000℃的保温炉中，调整保温炉的降温速率为3℃/min，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例8：

采用等离子焰流将阳极(如NiO/YSZ)预热到约1200℃，以小于30μm适合于喷涂用的8YSZ(8mol％Y₂O₃)粉末作喷涂材料，采用大气等离子喷涂在已经预热的阳极或局部阳极表面上制备8YSZ电解质涂层。在喷涂制备电解质层时，需保证喷涂粒子沉积到基体前，基体在即将沉积涂层处的温度达到预热温度，通过调整等离子喷枪移动速度和送粉量使得一次喷涂制备的8YSZ涂层厚度为30-50μm，喷涂过程中，还需采用氧乙炔火焰均匀加热已喷涂层区域，使电解质层慢慢冷却至室温，从而完成电解质层的制备。

实施例9：

与实施例1到实施例8不同处仅为对预热温度的选择，对于基体的预热温度范围可以从500℃到基体组份中熔点最高材料的熔点以下，如选用800℃、1000℃等预热温度，其余同相应的实施例。

实施例10：

与实施例1到实施例8不同处仅为对制备电解质层喷涂方式的选择，电解质层是在大气气氛中，采用等离子喷涂方法制备的，其中等离子喷涂方法包括所用适合在大气气氛中工作，并以等离子电弧为热源的喷涂技术。比如，大气等离子喷涂，反应等离子喷涂、高频感应等离子喷涂、超音速等离子喷涂等方法。其余同相应实施例。

Claims (9)

1.一种固体氧化物燃料电池电解质层的制造方法，其特征在于，该方法通过熔融或半熔状态的粒子束流高速撞击到基体表面，经扁平化后形成扁平化粒子依次堆积而成，扁平化的粒子与其它一个或多个扁平化粒子重叠区域达到部分化学结合，结合率超过扁平化粒子表面积的50％以上；具体包括以下步骤：

首先根据燃料电池结构的不同设计，选择合适的喷涂基体，该基体是用于该燃料电池的阳极层或阴极层或电解质层，或是该燃料电池的阳极与电解质层间的过渡层；或是阴极与电解质层间的过渡层；

其次，将基体预热到700℃到基体组份中熔点最高材料的熔点以下的某一温度；

然后，在大气氛围中，采用等离子喷涂方法和适合电解质层的喷涂材料在基体上喷涂电解质层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的等离子喷涂方法包括所用适合在大气气氛中工作、并以等离子电弧为热源的热喷涂方法，所述的热喷涂方法为大气等离子喷涂或反应等离子喷涂或超音速等离子喷涂或感应等离子喷涂。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对基体预热方式为火焰预热、等离子弧预热、高频加热、电加热、光照加热的方式之一，喷涂前基体的状态是高温状态或是基体表层或者基体局部或者基体中某一组份处于熔融或者半熔融的状态。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体的结构形状是平面，或是圆柱面，或是圆锥面，或是变曲率的其它曲面。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体是用于承载沉积单个扁平化粒子的区域，该区域是先前已经沉积的单个或几个扁平粒子表面，也可以是阳极或阴极层与即将沉积的扁平化粒子相互接触的局部区域。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电解质层结合率为：结合率＝1-涂层中未结合区域的表面积之和/涂层中扁平化的粒子表面积之和。

7.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的喷涂时基体预热选自辅助外预热的方式或喷涂自预热的方式；

所述的辅助外预热方式是采用外加的热源对基体进行加热，在喷涂之前和喷涂过程中对基体进行加热保证基体温度达到设定预热温度；喷涂自预热方式是采用喷涂焰流本身的热能将基体加热到预热温度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电解质层在垂直于电解质层表面方向上的电导率为电解质块材电导率的一半以上，该电解质层作为燃料电池的电解质层直接使用，或对其中局部扁平粒子部分未接合区域通过填充物质来进一步致密化处理后再作为燃料电池的电解质层使用。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，致密化处理采用金属无机盐溶液来填充电解层中的未接合区域，然后通过后热处理工艺使无机盐溶液分解成的氧化物颗粒滞留在未接合区域内，经过多次处理后以制备更加致密的电解质层；或

采用纳米电解质颗粒悬浮液或者是金属无机盐溶液和纳米电解质颗粒悬浮液相结合的方法来填充电解层中的未接合区域，然后通过后热处理工艺使水分蒸发或无机盐分解，其中的纳米电解质颗粒和无机盐分解后的氧化物颗粒滞留在未接合区域内，经过多次处理后以制备更加致密的电解质层；或

采用最终可分解为用于固体氧化物燃料电池电解质材料的溶胶凝胶的方法来涂覆到已制备的电解层的表面，然后通过后热处理工艺使溶胶凝胶分解，分解后的氧化物颗粒滞留在未接合区域内和电解质层表面，经过多次处理后以制备更加致密的电解质层；

经过上述处理后的涂层还可以再经过烧结处理工艺进行进一步致密化处理。

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