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专利号: 2022110237323
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.复合结构质子型固体氧化物电解池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、基于流延‑相转化法制备铈酸钡支撑体,包括致密层、海绵层及大尺寸开放指孔层;

S2、在铈酸钡支撑体的致密层上制备锆酸钡电解质稳定层,得到双层质子导体电解质;

S3、在双层质子导体电解质上制备阳极层;

S4、在铈酸钡支撑体的大尺寸开放指孔层内分别真空浸渍过渡金属离子溶液和碱性金属离子溶液,得到过渡金属‑碱性金属浸渍层;

S5、对过渡金属‑碱性金属浸渍层进行酸碱‑还原处理,得到复合结构质子型固体氧化物电解池;

步骤S1中,基于流延‑相转化法制备铈酸钡支撑体的步骤,包括:S1‑1、将铈酸钡、造孔剂、有机溶剂、分散剂、粘结剂按照比例进行混合研磨,研磨转速为350 420 r/min,研磨时间为24 60 h;

~ ~

S1‑2流延法制备厚度为800 1500 µm的坯体;

~

S1‑3将坯体置于去离子水中进行相转化,时间为20 50 h,相转化后煅烧,得到铈酸钡~支撑体,煅烧温度为1000 1350 ℃,煅烧时间为2 6 h;

~ ~

步骤S1‑1中,所述造孔剂为石墨,有机溶剂为1‑甲基‑2‑吡咯烷酮,分散剂为聚乙烯吡咯烷酮,粘结剂为聚醚砜;

铈酸钡、造孔剂、有机溶剂、分散剂、粘结剂的质量份数为:铈酸钡        63.7 65.1份;

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造孔剂        5.6 3.5份;

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有机溶剂     24.8 28.1份;

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分散剂       1.1 0.5份;

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粘结剂       6.5 3.2份;

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步骤S4中,在铈酸钡支撑体的大尺寸开放指孔层内分别真空浸渍过渡金属离子溶液和碱性金属离子溶液,得到过渡金属‑碱性金属浸渍层的步骤包括:真空度0.1 0.05 MPa下,用过渡金属离子溶液浸渍铈酸钡支撑体的大尺寸开放指孔~层,并在400 500 ℃下煅烧0.5 1.0 h,重复浸渍煅烧,至浸渍量为30 55 wt%;再在700 900 ~ ~ ~ ~℃下煅烧0.5 2 h,得到过渡金属浸渍层;

~

真空度0.09 0.03 MPa下,用碱性金属离子溶液继续浸渍大尺寸开放指孔层,并在400~ ~

500 ℃下处理0.5 1.0 h,重复浸渍煅烧,至浸渍量为5.0 8.0 wt%,再在900 1150 ℃下处~ ~ ~理2 5 h,得到过渡金属‑碱性金属浸渍层;

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所述过渡金属离子溶液为硝酸镍与硝酸铜、硝酸锌溶液中的一种,浓度为0.5 2.0 ~mol/L;

所述碱性金属离子溶液为碳酸钠、碳酸钾、硝酸锶溶液、硝酸钙溶液、硝酸镁溶液中的一种,浓度为0.05 0.5 mol/L;

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步骤S5中,对过渡金属‑碱性金属浸渍层进行酸碱‑还原处理的步骤包括:采用二氧化碳和氮气混合气进行酸碱处理,其中,二氧化碳的体积分数为0.5 6.5 ~vol%,处理温度为500 700 ℃,处理时间为0.1 1.0 h;采用氢气和氮气混合气进行还原处~ ~理,其中,氢气的体积分数为5 20 vol%,处理温度为500 700 ℃,处理时间均为0.1 1.0 h。

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2.如权利要求1所述的复合结构质子型固体氧化物电解池的制备方法,其特征在于,步骤S2中,在铈酸钡支撑体的致密层上制备锆酸钡电解质稳定层的步骤包括:在铈酸钡支撑体的致密层上旋涂锆酸钡电解质,旋涂速率为500 1200 rpm,旋涂时间~为3 15 s;室温干燥4 10 h后在1380 1450 ℃煅烧15 36 h,得到双层质子导体电解质。

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3.如权利要求1所述的复合结构质子型固体氧化物电解池的制备方法,其特征在于,步骤S3中,在双层质子导体电解质上制备阳极层的步骤,包括:将质子‑氧离子‑电子三导体阳极与含6 wt%乙基纤维素的松油醇溶液按质量比为3:1进行混合研磨,研磨转速为50 150 r/min,研磨时间为0.5 1.5 h,涂覆于步骤S2得到的锆~ ~酸钡电解质稳定层表面,并煅烧,煅烧温度为900 1150 ℃,煅烧时间为2 5 h。

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4.如权利要求3所述的复合结构质子型固体氧化物电解池的制备方法,其特征在于,所述质子‑氧离子‑电子三导体阳极为BaCo0.7Fe0.2Zr0.1O3‑δ、BaFe0.7Zr0.2Y0.1O3‑δ、BaCo0.6Zr0.2Y0.2O3‑δ中的一种。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述的方法制备的复合结构质子型固体氧化物电解池。