专利名称：一种制备固体氧化物燃料电池lsm阴极的方法
技术领域：
本发明属于固体氧化物燃料电池制备技术领域，特别涉及一种制备固体氧化物燃 料电池LSM阴极的方法。
背景技术：
当今世界面临着环境和能源危机，人们在不断地探索解决这一人类所面临的重要 的课题，解决此问题的最好途径是采用新的技术，使能源能够有效地被利用，同时降低排 放，而固体氧化物燃料电池因其是一种将化学能直接转化成电能的全固态电化学发电装 置，具有环境友好、能量转换效率高和燃料适应广泛等优点，是世界各国竞相发展的一种新 型绿色能源。能够很好的解决人类所面临的问题，因此固体氧化物燃料电池被誉为解决能 源与环境问题的最终方案，是最富有开发与应用潜力的绿色环保能源工程。对固体氧化物 燃料电池的研究和开发，具有重要的经济价值和社会效益。固体氧化物燃料电池主要有三部分构成，分别为阴极、阳极和电解质。在这三部 分中，阴极由于具有吸附氧的能力和解离氧的性能，因此它具有非常重要的作用。在固体氧 化物燃料电池中，LSM被认为是传统的阴极材料，它具有电导率高，催化活性高，良好的化学 稳定性，热膨胀系数较低等优点，在固体氧化物燃料电池领域中广泛应用。目前的固体氧化物燃料电池阴极的工作过程为氧分子在阴极被解离吸附，即原 子氧在LSM电极氧空位处电化学还原，氧离子由电极表面通过氧空位向电极与电解质之间 的界面转移，氧离子由三相界面转移到电解质。这几步过程一般都在中高温条件下工作，要 求电极必须具有多孔性，从而允许反应气体容易扩散到三相界面，并增大催化反应表面。电子束物理气相沉积是以电子束作为热源的一种蒸镀方法，相对于其他薄膜制备 方法，其蒸发速率高，几乎可以蒸发所有的物质，而且沉积得到的涂层与基体的结合力非常 好，所获得的组织为柱状晶结构。电子束功率易于调节，束斑尺寸和位置易于控制，有利于 精确控制膜厚和均勻性。由于电子束物理气相沉积所获得的组织为柱状晶结构，如图1所示，在两个柱状 晶之间会形成氧的扩散通道，在柱状晶的根部会形成三相区，因此，采用电子束物理气相沉 积技术制备固体氧化物燃料电池的阴极，能够获得质量较好的三相区，以期开辟固体氧化 物燃料电池的制备方法，和提高固体氧化物燃料电池的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电子束物理气相沉积技术制备固体氧化物燃料电 池LSM阴极的方法。本发明的工艺步骤为(1)将Lai_xSrxMn03，其中χ = 0. 1-0. 3粉体，通过压力成型机，制成尺寸为直径 60-80mm、长60_120mm的料棒；所述料棒的压制工艺为压力3_5MPa，保载时间1_2分钟；(2)将所压制成型的料棒在1200-1300°c下烧结3_6小时，并随炉冷却，得到作为
3电子束物理气相沉积使用的料棒；(3)在电子束物理气相沉积过程中，沉积工艺为沉积速率为l-0. 5ym/min，真 空度为1. ox (KT1-IO-3)Pa，基板温度为800-1000°C，沉积厚度为30-60 μ m ；(4)将所制备好的试样冷却下来之后，放入炉中进行处理，其处理工艺为升温速 率为3°C /min，800-1200°C下保温2_5小时，随炉冷却之后，即制成所述的固体氧化物燃料 电池LSM阴极。本发明的优点为由于电子束物理气相沉积所获得的涂层组织为柱状晶结构，在 两个柱状晶之间会形成氧的扩散通道，在柱状晶的根部会形成三相区，因此，采用电子束物 理气相沉积技术制备固体氧化物燃料电池的阴极，能够获得质量较好的三相区，提高固体 氧化物燃料电池的性能，该方法制备的阴极具有良好的效果。本发明还具有使用原材料广泛，加工方便、使用温度范围广、耐冲击、强度高等特 点，并且成本较低，机械性能较高且较好，广泛适合用于燃料电池阴极的制备，对于固体氧 化物燃料电池的广泛应用具有重要的意义。
图1为电子束物理气相沉积所获得的涂层显微组织形貌图(非LSM涂层)。
具体实施例方式本发明提供了一种制备固体氧化物燃料电池阴极的方法，下面结合实施例对本发 明的技术方案做进一步说明实施例1:将成分为Laa8Sra2MnO3(LSM)的粉体，通过压力成型机制成尺寸为直径60mm，长为 80mm的料棒，压制工艺为压力3MPa，保载时间为1分钟，将其放入高温炉中，以3°C /min. 的加热速率，加热到1250°C，保温4小时后随炉冷却。将所制备的料棒放入电子束物理气 相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在2 X 10_2Pa，以0. 5 μ m/min.的速率进行沉积，为 了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在850°C左右，涂层厚度控制 在40 μ m左右，将所制备好的试样冷却下来之后，放入炉中进行热处理，其处理工艺为升 温速率为3°C /min.，850°C下保温3小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的固体氧化物燃 料电池LSM阴极。实施例2:将成分为Laa7Sra3MnO3(LSM)的粉体，通过压力成型机制成尺寸为直径60mm，长为 80mm的料棒，压制工艺为压力4MPa，保载时间为1分钟，将其放入高温炉中，以3°C /min. 的加热速率，加热到1200°C，保温5小时后随炉冷却。将所制备的料棒放入电子束物理气 相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在2 X 10_2Pa，以0. 5 μ m/min.的速率进行沉积，为 了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在850°C左右，涂层厚度控制 在30 μ m左右，将所制备好的试样冷却下来之后，放入炉中进行热处理，其处理工艺为升 温速率为3°C /min.，800°C下保温4小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的固体氧化物燃 料电池LSM阴极。实施例3:
将成分为Laa85Srai5MnO3(LSM)的粉体，通过压力成型机制成尺寸为直径60mm，长 为80mm的料棒，压制工艺为压力3MPa，保载时间为1分钟，将其放入高温炉中，以3°C / min.的加热速率，加热到1300°C，保温3小时后随炉冷却。将所制备的料棒放入电子束物 理气相沉积真空室中，将真空室的真空度控制在5 X IO-2Pa,以1 μ m/min.的速率进行沉积， 为了获得更好的结合强度和涂层组织形貌，沉积时基板温度控制在900°C左右，涂层厚度控 制在35 μ m左右，将所制备好的试样冷却下来之后，放入炉中进行热处理，其处理工艺为 升温速率为3°C /min.，900°C下保温3小时，随炉冷却之后，即可制成所需要的固体氧化物 燃料电池LSM阴极。
权利要求
1. 一种制备固体氧化物燃料电池LSM阴极的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤 进行(1)将LahSrxMnO3,其中x= 0. 1-0. 3粉体，通过压力成型机，制成尺寸为直径 60-80mm、长60-120mm的料棒；所述料棒的压制工艺为压力3_5MPa，保载时间1_2分钟；(2)将所压制成型的料棒在1200-1300°C下烧结3-6小时，并随炉冷却，得到作为电子 束物理气相沉积使用的料棒；(3)在电子束物理气相沉积过程中，沉积工艺为沉积速率为l-0.5ym/min，真空度 为 1. OX (KT1-KT3) Pa，基板温度为:800-1000°C，沉积厚度为 30-60 μ m ；(4)将所制备好的试样冷却下来之后，放入炉中进行处理，其处理工艺为升温速率为 30C /min，800-120(TC下保温2_5小时，随炉冷却之后，即制成所述的固体氧化物燃料电池 LSM阴极。
全文摘要
本发明属于固体氧化物燃料电池制备技术领域，特别涉及一种制备固体氧化物燃料电池LSM阴极的方法。本发明利用电子束物理气相沉积技术制备固体氧化物燃料电池的阴极，通过制定合理的工艺参数，在传统的YSZ电解质上沉积La1-xSrxMnO3阴极材料，使之成为LSM-YSZ-Ni-YSZ结构的电池，并可根据具体需要选择合适的厚度，利用不同的工艺调整涂层，以达到工业用要求。由于电子束物理气相沉积所获得的组织为柱状晶结构，在两个柱状晶之间会形成氧的扩散通道，在柱状晶的根部会形成三相区，因此，采用电子束物理气相沉积技术制备固体氧化物燃料电池的阴极，能够获得质量较好的三相区，提高固体氧化物燃料电池的性能。
文档编号H01M4/88GK102005579SQ20101051525
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者刘丽莉, 张东博 申请人:华北电力大学