一種稀土和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的製備方法與流程
2023-10-11 14:37:59
本發明屬於薄膜製備技術領域，具體地說，涉及一種稀土和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的製備方法。
背景技術：
摻雜二氧化鈰由於具有高的儲氧能力和氧離子導電性能，可用於固體氧化物燃料電池的電解質。固體氧化物燃料電池的陽極的製備，通常將催化劑、電解質粉、造孔劑等混合均勻，將混合粉體沉積在電解質的表面後，通常在1000℃以上燒結。如此高的溫度引入問題有：電極表面積減小，電極材料顆粒的長大，從而減小三相界面積；某些電極與電解質在高溫下易發生相反應；一些陽極材料與電解質的熱膨脹係數差異大，直接將電極負載在電解質上，在長時間操作中容易造成電極與電解質的界面剝離，從而造成電池性能的衰減。
技術實現要素：
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種稀土和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的製備方法。本發明的製備方法簡單，得到的稀土和鎳共摻雜二氧化鈰膜緻密。
本發明把鎳既作為提高二氧化鈰膜氧離子導電性能的摻雜劑，同時也作為碳氫燃料制氫氣的催化劑，採用陽極氧化法和熱處理法製備一表面為多納米直孔下面為緻密的稀土和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。
本發明的技術方案具體介紹如下。
本發明提供一種稀土和鎳共摻雜二氧化鈰/二氧化鈰膜的製備方法，具體步驟如下：
(1)將可溶性鹽、鎳鹽、稀土鹽、水和乙二醇混合得到電解液；1l電解液中，可溶性鹽3～50g，鎳鹽0.3～29.9g，稀土鹽0.5～29.9g，水20～400g,其餘為乙二醇；其中：
稀土鹽選自鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧或釔中的一種或多種的稀土鹽；
(2)以鈰片為陽極，鈰片的一面粘貼透明膠帶，以鉑片或鉛片為陰極，將陰極和陽極放入電解液中陽極氧化，陽極氧化結束後，取出、去掉陽極上的透明膠帶，用去離子水衝洗淨，風乾得到陽極氧化件；陽極氧化的工藝條件為：電流密度6～200ma/dm2、氧化溫度0～25℃、攪拌轉速100～600rpm，氧化時間2～15h；
(3)將陽極氧化件在馬弗爐中煅燒，得到一表面為多納米直孔下面為緻密的稀土和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。
本發明中，步驟(1)中，可溶性鹽選自草酸鹽、碳酸鹽、氟化物或磷酸鹽中的一種或兩種以上；鎳鹽選自硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳中的一種或兩種以上；稀土鹽選自稀土硝酸鹽、稀土硫酸鹽或稀土氯化物中的一種或兩種以上。
本發明中，步驟(2)中，鈰片作為陽極使用前進行預處理；預處理步驟如下：用無水乙醇潤溼的碳化矽水砂紙對鈰片進行打磨並用無水乙醇清洗乾淨；用二氧化鈰拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。
本發明中，步驟(2)中，陽極氧化的工藝條件為：電流密度50～100ma/dm2、氧化溫度10～20℃、攪拌轉速300～400rpm，氧化時間2～15h。
本發明中，步驟(3)中，煅燒時的加熱程序如下：2～4℃/min程序升溫至300～500℃，在300～500℃的溫度焙燒0.5～2h。
和現有技術相比，本發明的有益效果在於：本發明用簡單的製備方法製備出了一表面為多納米直孔下面為緻密的稀土和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。採用fishermpo測厚儀測定表面多納米直孔的孔長為15～106μm。採用採用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測定稀土、鎳摻雜二氧化鈰膜中稀土和鎳的含量按質量百分比計算分別為4～29％和1.2～20％。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的技術方案進行詳細介紹。
實施例1
在1l的燒杯中加入20g水、3g草酸鈉、0.9346g硝酸鎳、1.1775硝酸鑭，加880ml乙二醇溶解形成水-草酸鈉-硝酸鎳-硝酸鑭-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，製得電解液。用無水乙醇潤溼的碳化矽水砂紙對100mm×100mm×0.2mm待陽極氧化的鈰箔進行打磨並用無水乙醇清洗乾淨，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光後的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽極氧化鈰箔放入電解液中並為陽極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉑板，磁力攪拌，攪拌轉速為100rpm，電流密度為6ma/dm2，氧化溫度0℃，氧化時間2h，取出陽極氧化件，去掉陽極氧化件上的透明膠帶，用去離子水衝洗淨，風乾，採用fisher公司生產的mpo測厚儀測定表面多納米直孔的孔長為15μm。將該陽極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內，以3℃/min程序升溫至300℃，在300℃焙燒2h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為緻密的鑭和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。採用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測定鑭和鎳摻雜二氧化鈰膜中鑭和鎳的含量按質量百分比計算分別為4％和1.2％。
實施例2
在1l的燒杯中加入400g水、50g磷酸銨、66.02g氯化鎳、65.63三氯化釔，加500ml乙二醇溶解形成水-磷酸銨-氯化鎳-三氯化釔-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，製得電解液。用無水乙醇潤溼的碳化矽水砂紙對100mm×100mm×0.2mm待陽極氧化的鈰箔進行打磨並用無水乙醇清洗乾淨，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光後的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽極氧化鈰箔放入電解液中並為陽極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉛板，磁力攪拌，攪拌轉速為600rpm，電流密度為200ma/dm2，氧化溫度25℃，氧化時間15h，取出陽極氧化件，去掉陽極氧化件上的透明膠帶，用去離子水衝洗淨，風乾，採用fisher公司生產的mpo測厚儀測定表面多納米直孔的孔長為106μm。將該陽極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內，以3℃/min程序升溫至500℃，在500℃焙燒0.5h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為緻密的釔和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。採用採用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測定釔、鎳摻雜二氧化鈰膜中釔和鎳的含量按質量百分比計算分別為29％和20％。
實施例3
在1l的燒杯中加入200g水、15g氟化銨、10g碳酸銨、39.53g硫酸鎳、17.38g三氯化釹、10.92g硝酸釓，加700ml乙二醇溶解形成水-氟化銨-碳酸銨-硫酸鎳-三氯化釹-硝酸釓-乙二醇混合溶液，移入1l容量瓶中，用乙二醇稀釋至刻度，製得電解液。用無水乙醇潤溼的碳化矽水砂紙對100mm×100mm×0.2mm待陽極氧化的鈰箔進行打磨並用無水乙醇清洗乾淨，用1μm的二氧化鈰噴霧拋光劑噴在絨布上，將鈰片在有二氧化鈰噴霧拋光劑的絨布上拋光直至為鏡面。將拋光後的鈰箔的一面粘貼透明膠帶，放入無水乙醇液中超聲清洗。將上述電解液轉入2l的燒杯中，將上述100mm×100mm×0.2mm的待陽極氧化鈰箔放入電解液中並為陽極，陰極為150mm×150mm×0.5mm的鉑板，磁力攪拌，攪拌轉速為350rpm，電流密度為100ma/dm2，氧化溫度12.5℃，氧化時間8.5h，取出陽極氧化件，去掉陽極氧化件上的透明膠帶，用去離子水衝洗淨，風乾，採用fisher公司生產的mpo測厚儀測定表面多納米直孔的孔長為76μm。將該陽極氧化件放入坩堝中，放入馬弗爐內，以3℃/min程序升溫至250℃，在250℃焙燒1h。冷至室溫，取出得到一表面為多納米直孔下面為緻密的釹、釓和鎳共摻雜二氧化鈰膜、另一面為二氧化鈰的膜。採用採用brukeraxsmicroanalysisgmbh能譜儀測定釹、釓和鎳摻雜二氧化鈰膜中釹、釓和鎳的含量按質量百分比計算分別為15.2％、6.7％和10.8％。