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無機氧化物粉末以及包括其燒結體的電解質的制作方法_2

文檔序號:9673193閱讀(du):來源:國知局
晶界來提高離子傳導率。提高的離子傳導率可以提高包括無機氧化物粉末的燒結體的電解質的離子傳導率。
[0037]另外,在固體氧化物燃料電池的電解質是通過使用無機氧化物粉末形成的情況下,由于第一無機氧化物顆粒,所以可以提高在溶液中的分散性以促進電解質的制造過程,并且可以控制收縮以抑制燃料電池的電池變形。
[0038]在電解質是通過燒結無機氧化物粉末制造的情況下,第二無機氧化物顆粒可以促進燒結并且降低燒結溫度。因此,無機氧化物粉末可以在較低溫度下形成高密度的電解質,因此具有的優點在于能夠將電解質材料的燒結溫度控制到諸如電極層的另一層的燒結溫度。此外,由于電解質具有低的燒結溫度,所以在固體氧化物燃料電池的制造期間可以通過與諸如電極的其他構成部分同時燒結來簡化熱處理工藝。此外,能夠通過控制晶界來提高離子傳導率。
[0039]根據本說明書的一個示例性實施方案,因為第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒具有氧離子傳導率,所以無機氧化物粉末可以具有氧離子傳導率。此外,在電解質是通過使用無機氧化物粉末形成燒結體來形成的情況下,電解質也具有氧離子傳導率。具體地,可以在比第一無機氧化物顆粒的燒結溫度低的溫度下燒結無機氧化物粉末。
[0040]通常,當無機氧化物顆粒經受在高溫下的加熱溫度時,可以形成更加緊密的結構,但是伴隨著包括設備所引起的負擔,用于維持高溫的成本是相當大的。因此,需要關于當無機氧化物顆粒在較低溫度下經受熱處理時能夠實現高緊密度的研究。
[0041]因而,本發明人已經發明了可以在較低的溫度下形成具有緊密的結構的燒結體的無機氧化物顆粒。具體地,本發明人已經發現當電解質膜是通過使用無機氧化物粉末形成的情況下,可以以較低的成本制造無機氧化物粉末,并且可以降低燒結溫度,使得無機氧化物粉末可以與諸如陰極和陽極的其他膜同時燒結。
[0042]根據本說明書的一個示例性實施方案,在無機氧化物粉末中第一無機氧化物顆粒與第二無機氧化物顆粒的重量比為1000:1至1:10。
[0043]具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案,第二無機氧化物顆粒可以結合至第一無機氧化物顆粒的表面的一部分或者全部。當第二無機氧化物顆粒的含量過高時,發生離子傳導顆粒彼此聚集的現象,使得當通過燒結無機氧化物顆粒形成電解質時,會發生電解質的均勻性大大劣化的問題。另外,當第二無機氧化物顆粒的含量過低時,會發生其中無機氧化物粉末的燒結溫度不降低至等于或小于所期望水平的問題。因此,當第一無機氧化物顆粒與第二無機氧化物顆粒的重量比在所述范圍內時,可以充分降低無機氧化物粉末的燒結溫度,并且可以防止聚集現象。
[0044]具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案,第二無機氧化物顆粒可以被結合至第一無機氧化物顆粒的表面面積的20%至100%。具體地,根據本說明書的示例性實施方案,第二無機氧化物顆粒可以被結合至第一無機氧化物顆粒的表面面積的50%至100%。
[0045]根據本說明書的一個示例性實施方案,可以以無機氧化物粉末總重量的5(^七%至100wt%包含離子傳導顆粒。此外,根據本說明書的一個示例性實施方案,無機氧化物粉末包括作為主要成分的離子傳導顆粒,并且還可以包括另外的添加劑和雜質。
[0046]根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒可以包括不同的化合物或相同的化合物。
[0047]具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒可以是相同的化合物。
[0048]根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒可以包括選自以下的一種或更多種化合物:氧化鋯基化合物、氧化鈰基化合物、鉍基化合物以及鎵酸鑭基化合物。
[0049]根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒和/或第二無機氧化物顆粒均可以為選自以下的一種或兩種或更多種的化合物:用選自釔和鈧中的一種或更多種摻雜的鋯氧化物;用選自釓、釤、鑭、鐿和釹中的一種或更多種摻雜的鈰氧化物;以及用選自鍶和鎂中的一種或更多種摻雜的鎵酸鑭。
[0050]根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒均可以包括選自以下至少之一:未摻雜的或者用釔、鈧、鈣和鎂中至少之一摻雜的氧化鋯基化合物;未摻雜的或者用釓、釤、鑭、鐿和釹中至少之一摻雜的氧化鈰基化合物;未摻雜的或者用鈣、鍶、鋇、釓和釔中至少之一摻雜的氧化鉍基化合物;以及未摻雜的或者用鍶和鎂中至少之一摻雜的鎵酸鑭基化合物。
[0051]根據本說明書的一個示例性實施方案,氧化鋯基化合物可以是用選自Ca0、Mg0、Sc203、ZrOjP Υ 203 中之一摻雜的 ZrO 2。
[0052]根據本說明書的一個示例性實施方案,氧化鈰基化合物可以是用選自Sm203、Gd203、CeOjP Υ 203 中之一摻雜的 CeO 2。
[0053]根據本說明書的一個示例性實施方案,鉍基化合物可以是Bi203。
[0054]根據本說明書的一個示例性實施方案,鎵酸鑭基化合物可以具有鈣鈦礦結構。具體地,鎵酸鑭基化合物可以是(La,Sr) (Ga, Mg) 03 δ或Ba (Ce, Gd) 0 3 δ。
[0055]本說明書的一個示例性實施方案提供了一種包括無機氧化物粉末的燒結體的電解質,所述無機氧化物粉末包含一種或更多種離子傳導顆粒,所述無機氧化物粉末包括離子傳導顆粒,所述離子傳導顆粒包括第一無機氧化物顆粒以及結合至第一無機氧化物顆粒的表面的至少一種第二無機氧化物顆粒,其中第二無機氧化物顆粒的粒徑是第一無機氧化物顆粒的粒徑的1/10000至1/2,并且第一無機氧化物顆粒和第二無機氧化物顆粒在800°C下各自具有0.0001S/cm至0.5S/cm的氧離子傳導率。
[0056]所述無機氧化物粉末與上述無機氧化物粉末相同。
[0057]根據本說明書的一個示例性實施方案,電解質可以包括無機氧化物粉末。
[0058]根據本說明書的一個示例性實施方案,電解質可以包括其中無機氧化物粉為被結晶化的燒結體。具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案的電解質可以通過燒結無機氧化物粉末來制造。
[0059]根據本說明書的一個示例性實施方案,燒結體的含量可以為基于電解質的總重量的5被%至100wt%。具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案,燒結體的含量可以為基于電解質的總重量的7(^丨%至100wt%。更具體地,根據本說明書的一個示例性實施方案,電解質可以由燒結體構成,并且可以包括添加劑。
[0060]根據本說明書的一個示例性實施方案,用于燃料電池的電解質膜的孔隙率可以為0%至 20%。
[0061]孔隙率表示電解質的緊密度,并且還可以意指孔隙率越小,電解質膜的緊密度越高。具體地,孔隙率可以意指在電解質的總體積中空的空間的體積百分比。此外,緊密度可以為通過從電解質的總體積減去孔隙率獲得的值。
[0062]根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒是氧化鋯基化合物,并且無機氧化物粉末的使得所述電解質的孔隙率為20%或更少的燒結溫度為1100°C至1300°C。根據本說明書的一個示例性實施方案,第一無機氧化物顆粒為氧化鋯基化合物,并且無機氧化物的燒結溫度可以低于50°C或者更多。
[0063]根據本說明書的一個示例性
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