一種固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)薄膜，包含有氧化鋯基電解質(zhì)薄膜與氧化鈰基電解質(zhì)薄膜，其中氧化鋯基電解質(zhì)薄膜沉積在陽極基底上，能夠有效的隔絕電子電導(dǎo)，氧化鈰基電解質(zhì)薄膜沉積在氧化鋯基電解質(zhì)薄膜上，能夠有效的隔絕陰極與氧化鋯基電解質(zhì)薄膜的化學(xué)反應(yīng)與元素?cái)U(kuò)散，且能夠改善陰極/電解質(zhì)界面的接觸性能；該復(fù)合電解質(zhì)薄膜均采用磁控濺射的方法制備，避免了氧化鋯基與氧化鈰基電解質(zhì)的反應(yīng)；該復(fù)合電解質(zhì)薄膜的使用，有效隔絕了電解質(zhì)兩側(cè)氣體的擴(kuò)散，降低了歐姆電阻，提高了電池性能。
【專利說明】—種固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)薄膜及其制備【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池領(lǐng)域，具體說是一種在電極基底上的復(fù)合電解質(zhì)薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固體氧化物燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，能夠高效的將燃料氣(如氫氣、天然氣、煤氣等)中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能和熱能，且不用貴金屬催化劑，采用全固態(tài)結(jié)構(gòu)，低排放低噪音，是理想的分散電站和集中電站技術(shù)，也可以應(yīng)用于車輛輔助電源、便攜式電源等。
[0003]為了降低制造成本，提高電池長期穩(wěn)定性和可靠性，縮短啟動時(shí)間，滿足商業(yè)化的應(yīng)用要求，降低固體氧化物燃料電池的運(yùn)行溫度成為了國內(nèi)外研發(fā)的重點(diǎn)。降低電池運(yùn)行溫度有兩種主要途徑，一種是采用高活性的電極材料，如高活性的含鈷類的陰極材料，減小電極的極化電阻；一種是降低電解質(zhì)膜的厚度，以及改善電極與電解質(zhì)的接觸性能，或者采用具有高氧離子電導(dǎo)的電解質(zhì)材料，從總體上降低電池的歐姆電阻。
[0004]但是，目前最為成熟的氧化鋯基電解質(zhì)薄膜(如Y2O3穩(wěn)定的ZrO2、Sc2O3穩(wěn)定的ZrO2)的氧離子電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致電池的歐姆電阻較大，且與目前所使用的中低溫高性能含鈷類陰極材料，如 BaxSivxCoyFehO3 (BSCF) (O < x < 1，O < y < I)、LaxSr1_xCoyFe1_y03(LSCF) (Ln=La、Sm、Nd、Gd、*Dy，0 < x < 1,0 < y < I)、LaxSivxCoO3 (LSC) (0 < x < I)、SmxSr1^xCoO3 (SSC) (0 < x < I)等，化學(xué)相容性差，在陰極的燒結(jié)與運(yùn)行過程中容易發(fā)生有害化學(xué)反應(yīng)，在陰極與電解質(zhì)界面上生成高阻相雜質(zhì)，使電池性能急劇衰減。
[0005]氧化鈰基電解質(zhì)薄膜(如Gd2O3摻雜的Ce02、Sm203摻雜的CeO2)具有較高的離子電導(dǎo)，但在電池的運(yùn)行過 程中容易與陽極側(cè)燃料發(fā)生還原而產(chǎn)生電子電導(dǎo)，降低電池的性能，而且更為致命的是氧化鈰的還原能夠?qū)е碌碾娊赓|(zhì)薄膜的破裂，能夠徹底使電池報(bào)廢。
[0006]因此，采用氧化鋯基與氧化鈰基電解質(zhì)的復(fù)合薄膜，既能夠防止氧化鈰基電解質(zhì)被還原，又能夠防止氧化鋯基電解質(zhì)與高活性的含鈷類陰極反應(yīng)，提高了電池性能。
[0007]為了進(jìn)一步降低電池的歐姆電阻，需要降低電解質(zhì)薄膜的厚度，改善陰極/電解質(zhì)的接觸界面。其中電解質(zhì)薄膜的制備有多種方法，有流延法、漿料涂覆法、噴涂法、絲網(wǎng)印刷法、電化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠凝膠法(需要查閱相關(guān)文獻(xiàn))等，其中屬于物理氣相沉積的磁控濺射法具有沉積薄膜致密、厚度均勻、成分可控、與基底結(jié)合性能好等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于制備電解質(zhì)薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了降低電池的歐姆電阻以及極化電阻，降低電池的運(yùn)行溫度，本發(fā)明的目的在于提供一種厚度均勻、致密性良好的復(fù)合電解質(zhì)薄膜及其制備方法，該復(fù)合電解質(zhì)薄膜用于固體氧化物燃料電池中時(shí)，能 夠有效阻止電解質(zhì)的電子電導(dǎo)，改善與高活性陰極材料的相容性，降低電池的歐姆電阻與極化電阻，從而有效提高電池在中低溫條件下的輸出功率，改善電池的長期穩(wěn)定性和可靠性。[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]首先在NiO與摻雜氧化鋯復(fù)合陽極基底上磁控反應(yīng)濺射氧化鋯基電解質(zhì)致密層，而后在氧化鋯基致密層上磁控濺射氧化鈰基電解質(zhì)層，氧化鈰基電解質(zhì)層具有致密層與疏松層兩部分，先在氧化鋯基電解質(zhì)表面磁控濺射氧化鈰基電解質(zhì)致密層，完成之后，改變?yōu)R射參數(shù)，再濺射氧化鈰基電解質(zhì)的疏松層。其中氧化鋯基電解質(zhì)致密層用于隔絕電子電導(dǎo)，氧化鈰基電解質(zhì)致密層用于阻止高活性陰極與氧化鋯基電解質(zhì)的元素?cái)U(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)，氧化鈰基電解質(zhì)疏松層用于改善陰極/電解質(zhì)界面的接觸性能。
[0011]所述氧化鋯基電解質(zhì)材料為MxNyZivx_y02 (M、N為Y、Sc、Ce、Yb、La中的一種，
0.02≤x≤0.2,0.02≤y≤ 0.2)。所述電解質(zhì)的總厚度在30納米-10微米之間，最好在60納米-8微米之間。
[0012]所述氧化鋪基電解質(zhì)隔層材料為LnxCe^xO2-S (Ln為Gd、Sm、Y、La, 0.05 ≤x ≤ 0.5),所述隔層的總厚度在32納米-5微米，最好為30納米-3微米。其中致密層的厚度在30納米-3微米，最好在50納米-1微米；疏松層的厚度在2納米-1微米，最好在10納米-600納米。 [0013]磁控反應(yīng)濺射所用靶材均為相應(yīng)組分金屬的合金靶材。
[0014]所用氣體為氧氣與氬氣,純度都在99.99%之上。
[0015]首先在氧化鎳與氧化鋯基復(fù)合陽極基底上磁控反應(yīng)濺射氧化鋯基電解質(zhì)致密層，其濺射參數(shù)為:靶基距為5-9cm，基片臺的轉(zhuǎn)速在1-20圈/分鐘，濺射氣壓為0.lPa-3.0Pa,濺射功率密度P=3-15W/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在30-800。。。
[0016]濺射有氧化鋯基電解質(zhì)薄膜的膜電極最好在空氣氣氛中、在800-1600°C退火處理，退火時(shí)間在5分鐘-6小時(shí)。
[0017]在濺射氧化鋯基電解質(zhì)致密層的基礎(chǔ)上濺射氧化鈰基電解質(zhì)層，先濺射氧化鈰基電解質(zhì)致密層，而后濺射氧化鈰基電解質(zhì)疏松層。氧化鈰基電解質(zhì)致密層的的濺射參數(shù)為:靶基距為5-9cm，基片臺的轉(zhuǎn)速在1-20圈/分鐘，濺射氣壓為0.1Pa-l.5Pa，濺射功率密度P=3-15ff/cm2,氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在150-800°C;氧化鈰基電解質(zhì)疏松層的濺射參數(shù)為:靶基距為5-9cm，基片臺的轉(zhuǎn)速在1-20圈/分鐘，濺射氣壓為
0.5Pa-5Pa，濺射功率密度P=0.5-lOW/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在0_300°C。
[0018]氧化鈰基電解質(zhì)隔層最好進(jìn)行退火處理，退火可在致密層濺射完成之后、疏松層濺射完成之前或者在致密層與疏松層濺射都完成之后進(jìn)行，濺射有氧化鈰基電解質(zhì)隔層的膜電極在空氣氣氛中、在400-1000°C退火處理，退火時(shí)間在5分鐘-6小時(shí)。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)良效果在于:
[0020]通過在氧化鎳與氧化鋯基電解質(zhì)復(fù)合陽極基底上濺射氧化鋯基電解質(zhì)與氧化鈰基電解質(zhì)的復(fù)合電解質(zhì)層，有效降低了電解質(zhì)的厚度，降低了電解質(zhì)的歐姆電阻；有效阻止了含鈷類陰極與氧化鋯基電解質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)和元素?cái)U(kuò)散，緩解了兩者之間熱膨脹性質(zhì)差異，改善了陰極與電解質(zhì)界面間的接觸性能，同時(shí)也避免了在氧化鈰基電解質(zhì)隔層制備過程中與氧化鋯基電解質(zhì)高溫反應(yīng)生成高阻相鈰-鋯氧化物固溶體，有效提高了電池的輸出性能。[0021]1.采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池，有效降低了電解質(zhì)層的厚度，降低了電池的歐姆電阻，提高了電池的性能。
[0022]2.采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池，有效的改善了陰極與電解質(zhì)界面的接觸性能，降低了陰極與電解質(zhì)界面接觸電阻，提高了電池的性能。
[0023]3.采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池，復(fù)合電解質(zhì)薄膜致密性良好，能夠有效的隔絕陰極氣與陽極氣，開路電壓較高。
[0024]4.采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池，有效改善了含鈷類陰極與氧化鋯基電解質(zhì)的化學(xué)相容性與熱膨脹性質(zhì)的匹配性，提高了電池的長期穩(wěn)定性和可靠性。
[0025]5.本發(fā)明制備的復(fù)合電解質(zhì)薄膜，厚度可精確控制到10納米數(shù)量級，厚度可調(diào)可控。
[0026]6.本發(fā)明制備的復(fù)合電解質(zhì)薄膜與陽極基底接觸良好，氧化鋯基電解質(zhì)與氧化鈰基電解質(zhì)的界面接觸良好，且在制備過程中，界面上無高阻相生成。
[0027]7.本發(fā)明可用于平板型、管型等多種構(gòu)型的固體氧化物燃料電池。
[0028]8.本發(fā)明適用于多種中溫、低溫固體氧化物燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域，如分散電站、便攜式電源、車載輔助電源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。I為陽極基底，2為氧化鋯基電解質(zhì)致密層，3為氧化鈰基電解質(zhì)致密層，4為氧化鈰基電解質(zhì)疏松層。
[0030]圖2為濺射沉積在Y2O3摻雜的ZrO2 (YSZ)電極表面上的致密Gd2O3摻雜的CeO2(OTC)的微觀表面。
[0031]圖3為濺射沉積在Y2O3摻雜的ZrO2 (YSZ)電極表面上的疏松Gd2O3摻雜的CeO2(OTC)的微觀表面。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
[0033]在氧化鎳與Y2O3穩(wěn)定的ZrO2復(fù)合陽極基底上濺射致密Y2O3摻雜的ZrO2(Ya O8Zra9202)電解質(zhì)薄膜，依次用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗陽極基底且干燥之后，把其放入磁控濺射儀的真空腔室之內(nèi)，調(diào)節(jié)靶基距為約6cm，以釔/鋯合金材料為靶材，靶材純度在99.99%之上，釔/鋯摩爾比為8/92，抽真空至8*10_4Pa，然后打開基片臺加熱，升溫穩(wěn)定至400°C，通入氬氣流量為l0.0sccm，氧氣流量為1.0sccm，濺射功率為10W/cm2，濺射氣壓為0.5Pa,基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5圈/分鐘，厚度約為I μ m，在完成致密Yatl8Zra92O2的濺射之后，在空氣氛圍下，1200°C退火2小時(shí)，而后 再次把膜電極放入真空腔室內(nèi)，制備致密Gd2O3摻雜的CeO2 (Gd0.1Ce0.A.gs)電解質(zhì)層，以鈰/釓合金材料為靶材，靶材純度在99.99%之上，鈰/釓摩爾比為9/1，抽真空至8*10_4Pa，然后進(jìn)行基片臺加熱，升溫穩(wěn)定至400°C，通入氬氣流量為30.0sccm，氧氣流量為3.0sccm，濺射功率為10W/cm2，濺射氣壓為0.5Pa,基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為5圈/分鐘，厚度約為350nm,在完成致密無缺陷Gda Aea9O1^5隔層的派射之后，進(jìn)行疏松多孔GdaiCea9Oh95隔層的濺射，調(diào)芐基片臺溫度為30°C，通入氬氣流量為30.0sccm，氧氣流量為3.0sccm，濺射功率為5W/cm2，濺射氣壓為4.0Pa，基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為 10 圈 / 分鐘，厚度約為 25nm,而后以 Baa5Sra5Coa8Fea2O3 (BSCF)與 GdaiCea9Oh95 復(fù)合材料(其中Gd。.Ack9Ol95的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt.%)為陰極，絲網(wǎng)印刷至已濺射GdaiCea9Oh95隔層致密層與多孔層的膜電極之上，在950°C燒結(jié)2小時(shí)，然后在其上涂覆銀漿，在四端子法電池測試裝置上進(jìn)行電池性能測試，以空氣為陰極氣，濕氫氣為陽極氣，電池在700°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到2.lW/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到
1.57mff/cm2 ;在550°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到1.lW/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到760mW/cm2 ;有效提高了電池的中、低溫性能，且在電池運(yùn)行200小時(shí)之后功率沒有明顯衰減。
[0034]如圖2、3所示，結(jié)論:
[0035]實(shí)施例2
[0036]在氧化鎳與Y2O3穩(wěn)定的ZrO2復(fù)合陽極基底上濺射致密Y2O3摻雜的ZrO2(Ya O8Zra9202)電解質(zhì)薄膜，依次用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗陽極基底且干燥之后，把其放入磁控濺射儀的真空腔室之內(nèi)，調(diào)節(jié)靶基距為約7cm，以釔/鋯合金材料為靶材，靶材純度在99.99%之上，釔/鋯摩爾比為8/92，抽真空至8*10_4Pa，然后打開基片臺加熱，升溫穩(wěn)定至800°C，通入氧氣與氬氣流量比為1/5，濺射功率為12W/cm2，濺射氣壓為0.3Pa,基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為8圈/分鐘，厚度約為0.8 μ m，在完成致密Yatl8Zra92O2的濺射之后，更換釔/鋯合金祀材為鋪/衫合金祀材(純度在99.9%之上,鋪/衫摩爾比為8/2),進(jìn)行Sm2O3摻雜的CeO2 (Sma Wea8Oh9)致密層的濺射，升溫穩(wěn)定至300°C，通入氬氣流量為40.0sccm，氧氣流量為3.0sccm，濺射功率為8W/cm2，濺射氣壓為1.0Pa，厚度約為600nm，基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為10圈/分鐘，厚度為200納米，在完成致密Sma2Cea8Oh9隔層的濺射之后，降低基片臺溫度為30°C，調(diào)節(jié)氬氣流量為20.0sccm，氧氣流量為2.0sccm，濺射功率為3W/cm2，濺射氣壓為
4.0Pa,厚度約為15nm,基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為10圈/分鐘,復(fù)合電極質(zhì)薄膜制備完成。
[0037]以Baa5Sra5Coa 8Fea2O3(BSCF)材料為陰極，在950°C燒結(jié)于復(fù)合電解質(zhì)之上完成電池的制備。以四端子法進(jìn)行電池性能測試，以空氣為陰極氣，濕氫氣為陽極氣，電池在700°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到2.2W/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到1.61mff/cm2 ;在550°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到980mW/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到850mW/cm2;有效的提高了電池的中、低溫性能，且在電池運(yùn)行300小時(shí)之后功率沒有明顯衰減。
[0038]實(shí)施例3
[0039]在氧化鎳與Y2O3穩(wěn)定的ZrO2復(fù)合陽極基底上濺射致密10mol%Sc203與lmol%Ce02共摻雜的ZrO2 (Ce0.01Sc0.!Zr0^9O2)電解質(zhì)薄膜，依次用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗陽極基底且干燥之后，把其放入磁控濺射儀的真空腔室之內(nèi)，調(diào)節(jié)靶基距為約7cm，以鈧/鈰/鋯合金材料為靶材，靶材純度在99.99%之上，鈧/鈰/鋯摩爾比為10/1/89，抽真空至8*10_4Pa，然后打開基片臺加熱，升溫穩(wěn)定至600°C，通入氧氣與氬氣流量比為1/8，濺射功率為9W/cm2,濺射氣壓為0.5Pa,基片臺的轉(zhuǎn)速設(shè)定為6圈/分鐘，厚度約為0.8 μ m，在完成致密CeatllScaiZra89O2的濺射之后，更換Ce/Gd (摩爾比為9/1)合金靶材，在500° C的基底溫度下磁控濺射致密GdaiCea9Ou5電解質(zhì)層，濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率密度為9W/cm2，厚度為300納米，而后調(diào)芐基底溫度為50° C，濺射氣壓為3.0Pa,濺射功率為5W/cm2，濺射沉積厚度為約30納米的疏松氧化鈰基 電解質(zhì)層，在其上涂覆Laa6Sra4Coa2Fea8CVs (LSCF6428)陰極材料，在1050° C的溫度下燒結(jié)完成電池制備。以空氣為陰極氣，濕氫氣為陽極氣，電池在700°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到1.8W/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到1.47mff/cm2 ;在550°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到SlOmW/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到730mW/cm2 ;有效的提高了電池的中、低溫性能，且在電池運(yùn)行100小時(shí)之后功率沒有明顯衰減。
[0040] 實(shí)施例4
[0041 ] 在氧化鎳與Y2O3穩(wěn)定的ZrO2復(fù)合陽極基底上濺射致密Y2O3摻雜的ZrO2(Ya O8Zra92O2)電解質(zhì)薄膜，基底溫度為300° C，濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率為8W/cm2，靶基距為7cm，厚度為約3微米，而后在其上濺射Sm2O3摻雜的CeO2 (Sma Wea8(^95)電解質(zhì)層，先濺射致密層，基底為度為400° C，濺射氣壓為0.7Pa，濺射功率為6W/cm2，靶基距為7cm，厚度為約I微米，而后再濺射疏松層，基底溫度為50° C，濺射氣壓為5.0Pa,濺射功率為3W/cm2,靶基距為7cm，完成復(fù)合電解質(zhì)薄膜的制備之后，以Laa6Sra4Coa2Fea8CVs (LSCF6428)與SOWtJSma2Cec1.Ph95復(fù)合材料為陰極，在1100° C燒結(jié)2h，完成電池的制備。以空氣為陰極氣，在室溫下加濕的氫氣為燃料氣，電池在700°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到1.75W/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到1.43mff/cm2 ;在550°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到790mW/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到670mff/cm2 ;有效的提高了電池的中、低溫性能，且在電池運(yùn)行100小時(shí)之后功率沒有明顯衰減。
[0042]實(shí)施例5
[0043]在氧化鎳與Y2O3穩(wěn)定的ZrO2復(fù)合陽極基底上濺射致密Y2O3摻雜的ZrO2(Ya O8Zra92O2)電解質(zhì)薄膜，基底溫度為800° C，濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率為8W/cm2，靶基距為6cm,厚度為約I微米,而后在其上派射Sm2O3摻雜的Ce02( Sma2Cea8(^95)電解質(zhì)層,先派射致密層，基底為度為400° C，濺射氣壓為0.5Pa，濺射功率為9W/cm2，靶基距為7cm，厚度為約200納米，而后再濺射疏松層，基底溫度為30° C，濺射氣壓為3.0Pa,濺射功率為5W/cm2,祀基距為6cm,完成復(fù)合電解質(zhì)薄膜的制備之后，以Laa6Sra4Coa2Fea8CVs (LSCF6428)材料為陰極，在1050° C燒結(jié)2h，完 成電池的制備。以空氣為陰極氣，在室溫下加濕的氫氣為燃料氣，電池在700°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到2.3W/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到1.82mff/cm2 ;在550°C的運(yùn)行溫度下，電池最大功率密度可以達(dá)到1.3W/cm2，在0.8V的定電壓之下電池性能可以達(dá)到1.0ff/cm2 ;有效的提高了電池的中、低溫性能，且在電池運(yùn)行300小時(shí)之后功率沒有明顯衰減。
【權(quán)利要求】
1.一種固體氧化物燃料電池復(fù)合電解質(zhì)薄膜，其特征在于:包括氧化鋯基電解質(zhì)致密層(I)以及其一側(cè)表面與之結(jié)合緊密的氧化鈰基電解質(zhì)層(2 )。
2.按照權(quán)利要求1所述復(fù)合電解質(zhì)薄膜，其特征在于:氧化鋯基電解質(zhì)薄膜材料為 MxNyZr^yCVd，M、N 分別為 Y、Sc、Ce、Yb、La 中的一種，0.02 ≤ x ≤ 0.2，O ≤ y ≤ 0.2，O≤d≤0.2 ; 氧化鈰基電解質(zhì)薄膜材料為LnxCei_x02_d，Ln為Gd、Sm、Y或La中的一種或二種以上，0.05 ≤X ≤0.5，0 ≤d ≤ 0.2。
3.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合電解質(zhì)薄膜，其特征在于: 所述復(fù)合電解質(zhì)薄膜的總厚度在62納米-20微米之間； 所述氧化鋯基電解質(zhì)薄膜(I)的厚度在30納米-15微米之間，最好為60納米-8微米之間； 所述氧化鈰基電解質(zhì)薄膜(2)的厚度在32納米-5微米之間，最好在35納米-10微米之間。
4.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合電解質(zhì)薄膜，其特征在于:所述的氧化鈰基電解質(zhì)層(2)有兩部分組成，包括與氧化鋯基電解質(zhì)結(jié)合緊密的致密無缺陷的氧化鈰基電解質(zhì)層，為致密層(3 )，以及在其基礎(chǔ)上制備的疏松多孔的氧化鈰基電解質(zhì)層，為疏松層(4 );其中首先在氧化鋯基電解質(zhì)層表面制備致密層(3 )，而后在致密層(3 )表面制備疏松層(4 )。
5.按照權(quán)利要求4所述 復(fù)合電解質(zhì)薄膜，其特征在于:所述氧化鈰基電解質(zhì)薄膜的厚度在32納米-5微米之間， 最好在30納米-3微米之間； 所述致密層(3)的厚度控制在30納米-3微米之間； 所述疏松層(4)的厚度控制在2納米-1微米之間。
6.一種權(quán)利要求1所述的復(fù)合電解質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于:氧化鋯基電解質(zhì)薄膜(I)及氧化鈰基電解質(zhì)薄膜(2)均采用磁控反應(yīng)濺射的方法制備；所用靶材均為相應(yīng)組分的合金靶材； 磁控反應(yīng)濺射的電源可以為直流電源、中頻電源或者射頻電源。
7.按照權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:氧化鋯基電解質(zhì)薄膜(I)的制備過程為: 在氧化鎳與氧化鋯基復(fù)合陽極基底上磁控反應(yīng)濺射沉積，其濺射參數(shù)為:基底溫度在200-800°C，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，靶基距為5-9cm，濺射氣壓為，0.1Pa-l.5Pa，濺射功率密度 P=3_15W/cm2。
8.按照權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:致密層(I)最好在400-160(TC溫度之間進(jìn)行退火處理。
9.按照權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于:，氧化鈰基電解質(zhì)薄膜致密層(3)的制備過程為:在已濺射YSZ電解質(zhì)薄膜的膜電極表面濺射沉積氧化鈰基電解質(zhì)層，其濺射參數(shù)為:靶基距為5-9cm，濺射氣壓為0.1Pa-l.5Pa，濺射功率密度P=3-15W/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在250-800°C ； 氧化鈰基電解質(zhì)薄膜疏松層(4)的制備過程為:在濺射致密氧化鈰基電解質(zhì)層(3)的表面上濺射疏松氧化鈰基電解質(zhì)層(4)，濺射參數(shù)為:靶基距為5-9cm，濺射氣壓為，0.5Pa-5Pa，濺射功率密度P=0.5-lOW/cm2，氧氣流量與氬氣流量之比為1/2-1/20，濺射基底溫度在0_200°C。
10.按照權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:致密層(3)最好在400-1200°C的溫度下進(jìn)行 退火處理。
【文檔編號】H01M8/02GK103887549SQ201210562619
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】程謨杰, 武衛(wèi)明, 涂寶峰, 區(qū)定容, 崔大安 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所