水基流延浆料制备方法、多孔陶瓷电极片的制备方法和多孔陶瓷电极片与流程

本发明涉及多孔陶瓷电极片制备领域，尤其涉及水基流延浆料制备方法、多孔陶瓷电极片的制备方法和多孔陶瓷电极片。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池是一类高效率的能源转换装置，其核心功能是利用电化学反应，直接将燃料的化学能有效转换成电能。这种电池的结构主要由三大关键部分组成：阳极、阴极和电解质。阳极部分，通常由具有多孔结构的陶瓷材料构成，主要作用是供给气态燃料并促进其氧化反应，从而释放电子。电解质则扮演着离子导体的角色，一般由稳定性高的氧化物陶瓷材料制成，其关键功能是允许氧离子的穿透同时阻挡电子的通过。阴极部分的主要职责是引入空气中的氧气，并将其还原为氧离子；这些氧离子接着穿过电解质，移至阳极与燃料发生反应。这样的设计使得固体氧化物燃料电池在能源转换领域表现出卓越的性能。其按照结构可以分为电解质支撑和电极支撑两种。电极支撑的固体氧化物燃料电池是一种特殊设计的固体氧化物燃料电池，其中电极充当了整个单元的支撑结构。这种设计与传统的电解质支撑型固体氧化物电池有所不同，在传统设计中，电解质层承担着支撑整个单元的角色。在电极支撑型固体氧化物燃料电池中，阳极材料通常更加厚重，以提供足够的机械强度支撑整个电池结构。相比之下，电解质层的厚度减小，意味着氧离子的传输路径更短，从而提高了离子的传输效率。电极支撑型设计的优势还在于能够提供更大的表面积供电化学反应发生，从而提升电池的功率密度。此外，由于电解质层较薄，该设计还可以在更低的温度下有效运行，这有助于延长电池的使用寿命并减少热退化问题。

2、在传统的固体氧化物多孔陶瓷材料制备过程中，通常采用有机溶剂作为流延介质。这种方法虽然在某些方面有效，但存在一定的环境污染风险，因为有机溶剂在使用和处理过程中可能会释放有害的挥发性有机化合物。此外，有机溶剂的成本相对较高，且需要专门的处理和回收程序，这进一步增加了生产成本。

3、雷泽、周卫华等于2019年年申请了专利“水基流延浆料以及电解质薄膜及其制备方法和应用”，公开号为cn111087239a；周娟、冷志忠等于2021年申请了专利“水基流延制备质子传导型固体氧化物池的陶瓷复合膜的方法”，公开号为cn114044673a；但是上述两项专利均只着重于致密固体氧化物陶瓷薄膜的制备，并未提供涉及针对多孔网状结构固体氧化物陶瓷薄膜制备的解决方案。与致密薄膜相比，多孔网状结构的薄膜在制备过程中面临更为复杂的技术难题，这主要是因为，多孔结构的形成需要精准控制材料的组织和微观结构，以确保最终产品具有所需的孔隙率和孔径分布，这对流延工艺的精确度和复杂度提出了更高要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供水基流延浆料制备方法、多孔陶瓷电极片的制备方法和多孔陶瓷电极片。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的第一方面，提供一种水基流延浆料制备方法，包括以下步骤：

4、将初始陶瓷粉体在不同预烧温度下预烧处理并过筛后，获得具备不同粒度分布及烧结活性的至少两种陶瓷粉体；所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷材料粉体；

5、将所述至少两种陶瓷粉体、溶剂、分散剂、造孔剂和表面活性剂进行混合并第一次球磨，得到初始浆料；

6、将所述初始浆料与粘结剂、塑化剂、润滑剂和表面活性剂进行混合进行第二次球磨，得到中间浆料；

7、将所述中间浆料进行过筛处理后，得到水基流延浆料。

8、进一步地，以水基流延浆料的总重量为基准，陶瓷粉体的质量占浆料总重的10％至50％，造孔剂的质量占浆料总重的2％至10％，溶剂的质量占浆料总重的50％至80％，分散剂的质量占浆料总重的0％至2％，粘结剂的质量占浆料总重的3％至10％，塑性剂的质量占浆料总重的1％至5％，润滑剂的质量占浆料总重的2％至10％，表面活性剂的质量占浆料总重的0.2％至1％。

9、进一步地，所述溶剂为去离子水和/或稀氨溶液；

10、所述分散剂为hypermer kd6；

11、所述粘结剂为聚乙烯醇；

12、所述塑化剂为聚乙二醇、丁二醇、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯或邻苯二甲酸二甲酯中的一种或多种；

13、所述润滑剂为甘油和/或硅油；

14、所述表面活性剂为2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇；

15、所述造孔剂为大米淀粉、玻璃碳、聚甲基丙烯酸甲酯和石墨中一种或多种的混合物。

16、进一步地，所述陶瓷粉体为钇稳定氧化锆陶瓷材料粉体、钆掺杂氧化铈陶瓷材料粉体、或镍掺杂钇稳定氧化锆陶瓷材料粉体。

17、进一步地，所述预烧温度在500摄氏度至1000摄氏度之间，预烧时长在1小时至3小时之间；预烧后的过筛操作使用的筛网目数在200目至1000目之间。

18、进一步地，所述至少两种陶瓷粉体为两种陶瓷粉体，以两种陶瓷粉体的质量总重为基准，具有较大粒径陶瓷粉体的质量占粉体总重的50至70％，具有较小粒径陶瓷粉体的质量占粉体总重的30至50％。

19、进一步地，所述将所述至少两种陶瓷粉体、溶剂、分散剂、造孔剂和表面活性剂进行混合并第一次球磨，得到初始浆料，包括：

20、将溶剂、分散剂和表面活性剂混合均匀，得到混合液；

21、将所述混合液、至少两种陶瓷粉体、造孔剂进行混合，加入球磨机中进行第一次球磨，得到初始浆料；所述第一次球磨的条件包括：球磨时长应不小于8小时，球磨机转速在150转每分钟至200转每分钟之间；

22、所述第二次球磨所述第二次球磨的条件包括：球磨时长应不小于6小时，球磨机转速在80转每分钟至120转每分钟之间；

23、所述将所述中间浆料进行过筛处理的条件为使得浆料通过150至250目筛。

24、本发明的第二方面，提供一种具有三维网络结构的固体氧化物多孔陶瓷电极片的制备方法，包括：

25、采用第一方面所述的方法制备水基流延浆料；

26、将所述水基流延浆料进行流延和干燥处理，得到素坯；

27、将所述素坯进行裁剪、热压、素烧与烧结，制得具有三维网状结构的多孔陶瓷电极。

28、进一步地，所述流延的条件包括：流延的速度为0.3至1厘米每秒，流延所处室温应在10至30摄氏度；

29、所述热压的条件包括：温度为80摄氏度至150摄氏度；

30、所述烧结的条件包括：温度为1000至1600摄氏度，时间为2至12小时。

31、本发明的第三方面，提供一种具有三维网络结构的固体氧化物多孔陶瓷电极片，采用第二方面所述方法制备得到。

32、本发明的有益效果是：

33、在本发明的一示例性实施例中，在流延过程中加入了陶瓷粉体的级配技术，成功实现了均匀孔隙结构的高精度制造。通过将不同粒径的陶瓷粉体进行细致筛选和巧妙组合，优化了粉体的堆积密度及孔隙的均匀分布，使得陶瓷薄膜内部形成了一致且分布均匀的微孔结构。这一过程不仅显著提高了多孔陶瓷板材的比表面积，还有效增强了材料的气体渗透性和机械强度，从而为多孔陶瓷材料的应用领域，如过滤、催化、传感等提供了高性能的解决方案。此外，均匀的微孔结构对于提升材料的热稳定性和化学稳定性也至关重要，进一步拓宽了多孔陶瓷材料在高温或腐蚀性环境中的应用潜力。