一种HF处理活化固体氧化物电池界面的方法及固体氧化物全电池

本发明涉及固体氧化物电池，具体涉及一种hf处理活化固体氧化物电池界面的方法及固体氧化物全电池。

背景技术：

1、电解质支撑固体氧化物电池体系是固体氧化物电池（soc）的一种主流结构设计，在这个体系中，电解质层最厚（通常几百微米），作为整个电池的机械支撑骨架。燃料电极和空气电极都是薄膜形态，直接制备在电解质两侧。在电解质支撑固体氧化物电池体系中，燃料电极和空气电极需要与高温退火好的电解质表面进行扩散烧结。为了维持电极的多孔结构，同时抑制晶粒粗化，电极的烧结温度需要控制在1000（空气电极）~1300℃（燃料电极）左右，这种烧结温度的限制容易引发高界面阻抗和低真实接触面积，影响电池的电化学活性。

2、对于经典的氧化钇稳定的氧化锆（ysz）电解质体系，空气电极（如钴酸锶镧（lsc）、钴铁酸锶镧（lscf）等）和电解质之间常常需要引入一层致密的氧化钆掺杂的氧化铈（gdc）阻挡层以抑制空气电极和ysz之间的烧结副反应。磁控溅射法可以获取薄且致密的阻挡层，此阻挡层需要进一步退火处理，然而，退火后gdc表面变得更加致密和平滑，削弱gdc表面与空气电极的机械嵌合作用，且退火后gdc晶粒长大，晶界面积减少，界面活性下降，不利于与电极颗粒之间形成良好结合。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种hf处理活化固体氧化物电池界面的方法及固体氧化物全电池。本发明提供的hf处理活化固体氧化物电池界面的方法能够解决退火后ysz和gdc表面与电极之间扩散烧结受限的问题，在不改变各自烧结温度的前提下，能够增强界面与界面间的结合强度。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种hf处理活化固体氧化物电池界面的方法，包括以下步骤：

4、将氧化钇稳定的氧化锆浸没于hf溶液中，进行酸蚀处理，之后依次进行水洗和超声，得到活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆。

5、优选的，所述氧化钇稳定的氧化锆为退火后的氧化钇稳定的氧化锆；

6、所述氧化钇稳定的氧化锆中，氧化钇的掺杂量为3~8mol%。

7、优选的，所述hf溶液的质量浓度为24.4~24.6%；

8、所述酸蚀处理的温度为20~25℃，时间为1~120min。

9、优选的，所述超声的功率为100~180w，时间为10~30min。

10、本发明提供了一种固体氧化物全电池的制备方法，包括以下步骤：

11、按照上述方法，得到活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆电解质；

12、在所述活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆电解质的一面印刷燃料电极，进行第一烧结；

13、所述第一烧结后在另一面磁控溅射氧化钆掺杂的氧化铈阻挡层，进行退火；

14、所述退火后在氧化钆掺杂的氧化铈阻挡层表面印刷空气电极，进行第二烧结，得到固体氧化物全电池。

15、优选的，所述活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆电解质的厚度为80~95μm。

16、优选的，所述燃料电极包括nio-ysz燃料电极，所述nio-ysz中nio的质量含量为50~60%；

17、所述燃料电极的厚度为14~16μm；

18、所述第一烧结的气氛为空气气氛，所述第一烧结的温度为1200~1400℃，保温时间为1~3h。

19、优选的，所述氧化钆掺杂的氧化铈中，钆掺杂量为10~20mol%；

20、所述氧化钆掺杂的氧化铈阻挡层的厚度为400~600nm；

21、所述退火的气氛为空气，所述退火的温度为1000~1300℃，保温时间为1~3h。

22、优选的，所述空气电极包括钴酸锶镧空气电极，厚度为15~20μm；

23、所述第二烧结的气氛为空气，所述第二烧结的温度为900~1000℃，保温时间为1~3h。

24、本发明提供了上述制备方法制备得到的固体氧化物全电池。

25、本发明提供了一种hf处理活化固体氧化物电池界面的方法，包括以下步骤：将氧化钇稳定的氧化锆（ysz）浸没于hf溶液中，进行酸蚀处理，之后依次进行水洗和超声，得到活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆。在本发明中，hf处理可以增加退火后ysz和氧化钆掺杂的氧化铈（gdc）表面的粗糙度，从而有助于提高界面与界面之间的接触面积，增强界面结合强度，减小界面结合欧姆电阻，从而提升全电池的电化学性能。具体的，酸蚀同时发生在ysz晶界和晶内，晶界酸蚀的速度更快，随着酸蚀时间的增加，晶粒平均尺寸逐渐减小。本发明通过超声处理，能够有效去除ysz表面的元素偏析和f元素残留。

26、本发明提供了一种固体氧化物全电池的制备方法，本发明在电解质与燃料电极第一烧结后，在电解质的另一面磁控溅射氧化钆掺杂的氧化铈（gdc）阻挡层并退火。在本发明中，基体ysz电解质粗糙度的改善能同时提高附着在其表面上的亚微米gdc的粗糙度，即使经过1200℃的退火处理，也能保证界面强度。本发明通过酸处理改善各个界面之间的界面结合，减小界面结合欧姆电阻，从而提升全电池的电化学性能。

1.一种hf处理活化固体氧化物电池界面的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化钇稳定的氧化锆为退火后的氧化钇稳定的氧化锆；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述hf溶液的质量浓度为24.4~24.6%；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声的功率为100~180w，时间为10~30min。

5.一种固体氧化物全电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理后的氧化钇稳定的氧化锆电解质的厚度为80~95μm。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述燃料电极包括nio-ysz燃料电极，所述nio-ysz中nio的质量含量为50~60%；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化钆掺杂的氧化铈中，钆掺杂量为10~20mol%；

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述空气电极包括钴酸锶镧空气电极，厚度为15~20μm；

10.权利要求5~9任意一项所述制备方法制备得到的固体氧化物全电池。