一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法转让专利
申请号 : CN202110280672.2
文献号 : CN113113530B
文献日 : 2022-04-08
发明人 : 樊慧庆 , 朱树文 , 张澳 , 常鑫业 , 王维佳 , 张明昌
申请人 : 西北工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)制粉
1.1)按Na:Li:Al=5:1:32的原子比称取碳酸钠、碳酸锂和α‑Al2O3作为原料,并通过球磨、干燥、过筛后得到混合粉末;
1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末松压成型,进行热处理,获得β″‑Al2O3块体;
1.3)将步骤1.2)得到的β″‑Al2O3块体粉碎,并通过球磨、干燥、过筛后得到β″‑Al2O3粉体;
2)配制悬浮液
将步骤1)制得的β″‑Al2O3粉体分散于异丙醇中形成分散液,向分散液中加入三乙醇胺和聚丙烯酸,搅拌、超声,制成悬浮液;
3)沉积
将清洗后的多孔合金片作为双电极,置于步骤2)配制的悬浮液中,进行电泳沉积,在电极上沉积BASE薄膜;
4)后处理
将步骤3)沉积有BASE薄膜的电极干燥后,向其表面覆步骤1)得到的β″‑Al2O3粉,进行烧结,使BASE薄膜和电极结合;待自然冷却后,清洗掉表面粉体,获得表面沉积BASE薄膜的多孔合金电极。
2.根据权利要求1所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
1.1)具体是:
按Na:Li:Al=5:1:32的原子比称取碳酸钠、碳酸锂和α‑Al2O3作为原料,置于球磨罐中,采用氧化锆磨球为磨介,磨介及原料的体积小于球磨罐体积的3/4,以乙醇为溶剂,在行星球磨机上,以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,过100目筛,得到混合粉末。
3.根据权利要求2所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
1.2)具体是:
将步骤1.1)得到的混合粉末松压成圆柱体,置于承烧板上,放入高温炉中,低温阶段升‑1 ‑1
温速率2℃·min ,300℃和600℃分别保温2h,使有机组分和盐分解,之后以3℃·min 的升温速率升温至1470℃热处理2~3h,获得β″‑Al2O3块体。
4.根据权利要求3所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
1.3)具体是:
将步骤1.2)得到的β″‑Al2O3块体进行粉碎,置于球磨罐中,采用氧化锆磨球为磨介,磨介及β″‑Al2O3块体的体积小于球磨罐体积的3/4,以乙醇为溶剂,在行星球磨机上,以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,过100目筛,得到β″‑Al2O3粉体。
5.根据权利要求1‑4任一所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤2)具体是:
按质量比1:9将步骤1)制得的β″‑Al2O3粉体分散于异丙醇中形成分散液,向分散液中加入β″‑Al2O3粉体质量7%的三乙醇胺和2.5%的聚丙烯酸,搅拌2h后,于超声波清洗器中超声
2h,制成电泳悬浮液。
6.根据权利要求5所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
3)具体是:
将清洗后的多孔合金片作为双电极,极片间距1.5cm,置于步骤2)配制的悬浮液中,连入电泳仪,提供110V恒压,电泳6~8min后,电极上沉积BASE薄膜。
7.根据权利要求6所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
3)中,所述多孔合金片的清洗方法为:将多孔合金片在乙醇中超声清洗,超声时间为5~10min,放入干燥箱中烘干,干燥温度为80℃。
8.根据权利要求7所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于,步骤
4)具体是:
将步骤3)沉积有BASE薄膜的电极在60℃下真空干燥24h,置于陶瓷方舟上,表面覆步骤
1)制得的β″‑Al2O3粉,密封,放入高温炉烧结,升温至600℃保温1h,使薄膜和电极片结合;待高温炉冷却后,取出样品,清洗掉表面粉体,获得沉积有BASE薄膜的多孔合金电极。
9.根据权利要求1所述表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法,其特征在于;
所述多孔合金片为泡沫钛片。
10.一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极,其特征在于:采用权利要求1~9任一所述方法制备。
说明书 :
一种表面附着BASE薄膜的多孔合金电极制备方法
技术领域
背景技术
效率十分接近卡诺效率,可达30%‑40%。AMTEC工作温度通常为900‑1300K,适用于核能、化
石能、太阳能等多种形式的热源,是一种结构简单、质量轻便、有较高功率密度的热电转换
装置。
的核心部件,其直接影响着装置的功率密度和寿命等性能;而BASE的薄层化有利于降低电
池的内阻和工作温度,提高AMTEC的性能,故薄层电解质的制备是近年来研究的热点之一。
别涂覆多孔电极薄膜;而阳极支撑型是在多孔合金阳极表面制备BASE薄膜,然后再涂覆阴
极薄膜;阴极支撑型由于自外向内进行制备,工序复杂,故研究较少。阳极支撑型AMTEC由于
使用阳极材料作为支撑体,可以进一步解放BASE电解质的强度以及厚度要求,是AMTEC未来
值得重点研究的方向之一。
deposition from suspensions in dichloromethane[J].Journal of The
Electrochemical Society,1975,122(4):482‑486”使用二氯甲烷作为溶剂、三氯乙酸为分
散剂的电泳沉积方法,沉积电压为200V,电极距离为3‑4cm,沉积时间30‑300s,制备了长度
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为3‑4cm、内径0.6cm,壁厚0.03‑0.10cm的BASE管;管子烧结后,密度为2.9‑3.1g·cm ,平均
晶粒尺寸约20μm,最高密度样品中显示了长约100‑200μm的长条形晶粒;文献2“X.Wei,
Y.Xia,X.Liu,et al.Preparation of sodium beta″‑alumina electrolyte thin film
by electrophoretic deposition using Taguchi experimental design approach[J]
.Electrochimica Acta,2014,136:250‑256”使用正戊醇为溶剂、三乙醇胺和聚丙烯酸为分
散剂的电泳沉积方法,制备了300μm厚度的TiO2掺杂的BASE薄片,该薄片在300℃电导率为
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0.138S·cm ,β”‑相含量高于97%。对阳极支撑型表面制备BASE电解质薄膜的研究较少。
进一步压制才可用于下一步的烧结,而且烧结过程中也易出现开裂现象。
解决。
发明内容
法,适用于阳极支撑型AMTEC多孔合金阳极表面制备β″‑Al2O3电解质薄膜的制备。
的多孔合金电极。
积的3/4,以乙醇为溶剂,在行星球磨机上,以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,
过100目筛,得到混合粉末。
板上,放入高温炉中,低温阶段升温速率2℃·min ,300℃和600℃分别保温2h,使有机组分
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和盐分解,之后以3℃·min 的升温速率升温至1470℃热处理2~3h,获得β″‑Al2O3块体。
溶剂,在行星球磨机上,以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,过100目筛,得到β″‑
Al2O3粉体。
后,于超声波清洗器中超声2h,制成电泳悬浮液。
膜。
℃保温1h,使有机组分完全分解,并使薄膜和电极片结合;待高温炉冷却后,取出样品,清洗
掉表面粉体,获得表面沉积BASE薄膜的多孔合金电极。
电压下电泳6‑8min,制成薄膜,最后覆粉并通过600℃空烧获得表面附着BASE薄膜的多孔合
金电极。
附图说明
具体实施方式
磨机上,以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,过100目筛,得到混合粉末。
温阶段升温速率2℃·min ,300℃和600℃分别保温2h,使有机组分和盐分解,之后以3℃·
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min 的升温速率升温至1470℃热处理2‑3h,获得β″‑Al2O3块体(即所需晶相)。
以450rpm球磨24h,然后放入烘箱80℃干燥24h,过100目筛,得到β″‑Al2O3粉体。
解,并使薄膜和电极结合;待高温炉冷却后,取出样品,清洗掉表面粉体,获得表面沉积BASE
薄膜的多孔合金电极。
裂问题。从图3中可以看出600℃烧结后,BASE薄膜的相组成并没有发生改变,和标准卡片峰
位基本一致。从图4可以看出,烧结后薄膜表面致密度较好,晶粒大小比较均匀,且如图5所
示,元素分布也十分均匀。
换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。