本發(fā)明涉及固體氧化物電池，尤其涉及一種固體氧化物電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、固體氧化物電池(soc)分為固體氧化物燃料電池(sofc)與固體氧化物電解槽(soec)。其中，sofc是一種可以將燃料，如氫氣或甲烷等碳?xì)浠衔镏械幕瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W(xué)裝置，具有高能量轉(zhuǎn)化效率、環(huán)保、靜音、可模塊化等優(yōu)勢，在固定式電站、交通運輸、軍事等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，成為解決能源、環(huán)境危機的最有潛力的技術(shù)方案之一。而soec則可以將電能高效轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂系幕瘜W(xué)能，對能量高效存儲、調(diào)節(jié)能源供應(yīng)都有重要的意義。

2、在固體氧化物電池中，按支撐體類型可以分為電極支撐型、電解質(zhì)支撐型和金屬支撐型，其中，金屬支撐型soc(ms-soc)已經(jīng)成為最有商業(yè)化潛力的電池類型，具有優(yōu)異的抗熱振能力、強度、能夠在中低溫運行、實現(xiàn)快速啟停等優(yōu)勢，被稱為第三代soc技術(shù)。

3、在soc的電解質(zhì)材料中，主要為氧化釓穩(wěn)定氧化鈰(gdc)、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(ysz)、鑭鍶鎵鎂(lsgm)等，尤其以gdc與ysz為主。其中g(shù)dc材料相比與傳統(tǒng)氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(ysz)材料，有更高的氧離子電導(dǎo)率，可以在中低溫(500℃～700℃)工作，更成為應(yīng)用于ms-soc電解質(zhì)的重要材料。

4、為實現(xiàn)電解質(zhì)的致密化，現(xiàn)有ms-soc中，采用燒結(jié)溫度相對較低的gdc作為電解質(zhì)材料，并采用馬弗爐、隧道窯等設(shè)備進行燒結(jié)以得到電解質(zhì)層，其工藝操作溫度高，燒結(jié)時間長，而長時間高溫?zé)Y(jié)，金屬支撐體易發(fā)生氧化、鉻擴散等，又會造成電池失效的不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種固體氧化物電池及其制備方法。

2、在第一方面，本發(fā)明提出了一種固體氧化物電池的制備方法，其包括準(zhǔn)備金屬支撐體、制備多孔陽極層、制備電解質(zhì)層以及制備多孔陰極層。

3、準(zhǔn)備金屬支撐體：選擇具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬支撐體。

4、制備多孔陽極層：通過表面處理工藝將陽極用漿料包覆在所述金屬支撐體表面；將所述金屬支撐體以及包覆在所述金屬支撐體上的所述陽極用漿料進行燒結(jié)和保溫處理，得到所述多孔陽極層。

5、制備電解質(zhì)層：選擇金屬靶材和工作氣體；對所述工作氣體和所述金屬靶材進行等離子化處理，并使所述金屬靶材被等離子化后得到的金屬離子沉積在所述多孔陽極層的表面并與所述工作氣體反應(yīng)，以形成所述電解質(zhì)層。

6、制備多孔陰極層：通過表面處理工藝將陰極用漿料包覆在所述電解質(zhì)層表面；將所述金屬支撐體、所述多孔陽極層、所述電解質(zhì)層以及包覆在所述電解質(zhì)層上的陰極用漿料進行燒結(jié)處理，得到負(fù)載在所述電解質(zhì)層上的所述多孔陰極層，以制備出固體氧化物電池。

7、進一步地，所述對所述工作氣體和所述金屬靶材進行等離子化處理，并使所述金屬靶材被等離子化后得到的金屬離子沉積在所述多孔陽極層的表面并與所述工作氣體反應(yīng)，以形成所述電解質(zhì)層，包括：將所述金屬支撐體及其上的所述多孔陽極層以及所述金屬靶材置于一腔室中，并使所述多孔陽極層與所述金屬靶材之間的距離為預(yù)設(shè)距離；對所述腔室進行抽真空處理并使所述腔室的真空度為預(yù)設(shè)真空度；向所述腔室供入預(yù)設(shè)流量和預(yù)設(shè)壓力的所述工作氣體；將所述多孔陽極層接地并向所述金屬靶材施加脈沖電流，所述工作氣體的至少部分在所述脈沖電流的作用下得到等離子化氣體，所述金屬靶材的至少部分在所述脈沖電流的作用下得到蒸發(fā)的金屬元素，，所述金屬元素在所述等離子化氣體的轟擊作用下得到所述金屬離子，所述金屬離子沉積在所述多孔陽極層的表面并與所述工作氣體發(fā)生反應(yīng)，以在所述多孔陽極層的表面形成所述電解質(zhì)層。

8、進一步地，在向所述腔室供入預(yù)設(shè)流量和預(yù)設(shè)壓力的所述工作氣體之前，所述方法還包括：對所述金屬支撐體及其上的所述多孔陽極層進行加熱處理直至達到預(yù)設(shè)溫度。

9、進一步地，所述對所述工作氣體和所述金屬靶材進行等離子化處理，并使所述金屬靶材被等離子化后得到的金屬離子沉積在所述多孔陽極層的表面并與所述工作氣體反應(yīng)，以形成所述電解質(zhì)層，還包括：在所述金屬靶材與所述多孔陽極層之間施加偏置電壓，以使所述金屬離子加速沉積在所述多孔陽極層的表面并與所述工作氣體發(fā)生反應(yīng)，以在所述多孔陽極層的表面形成所述電解質(zhì)層。

10、進一步地，在制備所述電解質(zhì)層的過程中至少滿足以下條件之一：a.所述預(yù)設(shè)距離為5cm～30cm；b.所述預(yù)設(shè)真空度為10-2pa～10-4pa；c.所述預(yù)設(shè)溫度為200℃～800℃；d.所述預(yù)設(shè)流量為150sccm～300sccm；e.所述預(yù)設(shè)壓力為1pa～10pa；f.所述脈沖電流為70a～150a；g.所述脈沖電流的持續(xù)時間為10min～40min。

11、進一步地，所述工作氣體至少包含氧氣和氬氣，氧氣與氬氣供入時的流量比例為1:99～10:90。

12、進一步地，所述偏置電壓為70v～150v。

13、進一步地，所述電解質(zhì)層的材質(zhì)為gdc，所述金屬靶材包括釓鈰合金，其中釓的摻雜量為5at％～25at％?；蛘?，所述電解質(zhì)層的材質(zhì)為ysz，所述金屬靶材包括釔鋯合金，其中釔的摻雜量為3％～10at％。

14、進一步地，在準(zhǔn)備所述金屬支撐體中，所述金屬支撐體中的孔徑范圍為10μm～30μm、孔隙率為2％～20％。

15、進一步地，所述陽極用漿料包括nio和gdc，nio與gdc的質(zhì)量比為1:2～2:1。

16、進一步地，在制備所述多孔陽極層中，燒結(jié)溫度為500℃～1000℃，保溫時間為10min～60min。和/或，制備出的所述多孔陽極層的厚度為10μm～70μm。

17、在第二方面，本發(fā)明提出了一種固體氧化物電池，其采用上述所述的固體氧化物電池的制備方法制備得到。

18、本發(fā)明的有益效果如下：

19、在本申請的固體氧化物電池的制備方法中，采用的是一種離子鍍膜工藝，而由于離子鍍膜工藝兼具蒸發(fā)鍍的沉積速度快和濺射鍍的離子轟擊清潔表面的特點，因此本申請在多孔陽極層表面制備出的電解質(zhì)膜層在多孔陽極層上的附著力強、繞射性好、致密度高。并且，與傳統(tǒng)燒結(jié)制備電解質(zhì)層相比，本申請通過離子鍍膜工藝制備電解質(zhì)層，其操作簡單，只需要十幾分鐘時間就可以完成電解質(zhì)層的制備，無需電解質(zhì)燒結(jié)步驟，提高了制備效率。此外，采用離子鍍膜工藝的整個制備過程的工藝溫度相對較低且制備時間短，避免了高溫導(dǎo)致的金屬支撐體氧化而變形以及鉻擴散等問題，由此提高了電池的穩(wěn)定性。

20、提供
技術(shù)實現(xiàn)要素：
部分是為了以簡化的形式來介紹對概念的選擇，它們在下文的具體實施方式中將被進一步描述。發(fā)明內(nèi)容部分無意標(biāo)識本公開的重要特征或必要特征，也無意限制本公開的范圍。

技術(shù)特征：

1.一種固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，所述對所述工作氣體和所述金屬靶材進行等離子化處理，并使所述金屬靶材被等離子化后得到的金屬離子沉積在所述多孔陽極層(2)的表面并與所述工作氣體反應(yīng)，以形成所述電解質(zhì)層(3)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，在向所述腔室供入預(yù)設(shè)流量和預(yù)設(shè)壓力的所述工作氣體之前，所述方法還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，所述對所述工作氣體和所述金屬靶材進行等離子化處理，并使所述金屬靶材被離化后的金屬離子沉積在所述多孔陽極層(2)的表面并與所述工作氣體反應(yīng)，以形成所述電解質(zhì)層(3)，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，在制備所述電解質(zhì)層(3)的過程中至少滿足以下條件之一：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，所述工作氣體至少包含氧氣和氬氣，氧氣與氬氣供入時的流量比例為1:99～10:90。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，所述偏置電壓為70v～150v。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體氧化物電池的制備方法，其特征在于，

10.一種固體氧化物電池，其特征在于，所述固體氧化物電池采用權(quán)利要求1-9中任一項所述的固體氧化物電池的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種固體氧化物電池及其制備方法，制備方法包括：準(zhǔn)備金屬支撐體；通過表面處理工藝將陽極用漿料包覆在金屬支撐體表面；將金屬支撐體以及包覆在金屬支撐體上的所述陽極用漿料進行燒結(jié)和保溫處理，得到多孔陽極層；選擇金屬靶材和工作氣體，對工作氣體和金屬靶材進行等離子化處理，得到電解質(zhì)層；通過表面處理工藝將陰極用漿料包覆在電解質(zhì)層表面并進行燒結(jié)處理，得到多孔陰極層。本申請采用離子鍍膜工藝制備出的電解質(zhì)膜層在多孔陽極層上的附著力強、繞射性好、致密度高。本申請制備過程的操作簡單、工藝溫度低且制備時間短，避免了高溫導(dǎo)致的金屬支撐體氧化而變形以及鉻擴散等問題，由此提高了電池的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：馬鵬,司國棟,劉亞迪,胡浩然
受保護的技術(shù)使用者：北京思偉特新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30