Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体、其制备方法及Sc2O3稳定ZrO2电解质陶瓷片

摘要

本发明公开了一种Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体及其制备方法及Sc2O3稳定ZrO2电解质陶瓷片。其中Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体以硝酸氧锆、Sc2O3、可选的CeO2、硝酸和可选的辅料为原料，以碳酸氢铵-氨水缓冲体系为沉淀剂，经共沉淀-喷雾-热处理法形成的主体相为立方相的粉体。这种Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体原料价格低廉、无毒，可制备成具有高强度的致密电解质陶瓷片，所制备的离子导电率稳定性等较好。同时，这种Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体制备方法避免了共沉淀法中过滤、洗涤、干燥等后续繁琐工艺，使团聚减少，保证了产品的纯度，而且工序简单，过程连续效率高，有利于大工业化生产。

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池电解质制备领域，涉及一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉 体、其制备方法及Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片。

背景技术

固体氧化物燃料电池（简称SOFC）作为高效清洁的新能源，具有很广阔的应用前景。国 外如美国风险企业Bloom Energy已于2010年公开了其SOFC产品，而在国内，由于起步晚以 及国外技术封锁，SOFC的研究尚处于发展阶段。SOFC包括电解质、阳极、阴极、连接体材 料和密封材料，其中电解质材料是最核心的部件，其性能（电导率、稳定性、热膨胀、致密 化温度等）直接影响SOFC的工作温度及电能转换效率，所以必须具有以下条件：1）离子电 导率高，电子电导可以忽略不计；2）高的化学稳定性；3）热膨胀系数等与电极材料匹配、 相容；4）能制备成高强度的致密薄膜，且成本低，无毒等。

目前通常使用的是氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ），但由于其使用温度太高，导致电解 质、电极和连接体材料在高温下的化学稳定性不够，从而制约固体氧化物燃料电池（SOFC） 的发展和使用，要发展中低温固体氧化物燃料电池，必须开发出低温下离子电导率高的电解 质材料。为了改善氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ）的性能，研究人员提出很多改良方案，例 如：

（1）安胜利等人以正丙醇锆(C₁₂H₂₈O₄Zr)和Sc₂O₃为原料，采用共沉淀方法合成氧化钪稳 定氧化锆(9mol%Sc₂O₃；ScSZ)粉末，但其使用的锆原料价格昂贵，不适用与工业化生产。

（2）江西泛美亚材料有限公司其专利CN201010151728.6介绍了采用常压水解反应和低 压水热反应制备氧化钪稳定氧化锆粉体，但其工艺较复杂，工艺对所使用设备要求高，难实 现工业化生产。

虽然在现有技术中提出了许多针对氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ）的改良方法，但是现 有的ScSZ粉体的制备方法，如溶胶-凝胶法所需原料昂贵，水解-水热法对设备要求比较高， 共沉淀法容易产生硬团聚等，很难实现工业化大生产，这严重阻碍了SOFC行业的发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体及其制备方法 及Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片，以降低Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质材料的原料价格。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体， 该Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体是以硝酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂、硝酸和可选的辅料为原 料，以碳酸氢铵-氨水缓冲体系为沉淀剂，经共沉淀-喷雾-热处理法形成的主体相为立方相的 粉体。

进一步地，上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体以ZrO₂为基底，Sc₂O₃的掺杂量为8～ 10mol%、CeO₂的掺杂量为0～3wt.%；优选原料混合所得的混合体系中总金属离子摩尔浓度 为0.3～1mol/L；优选所述Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质粉体中立方相含量>95%，优选所述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体晶体尺寸为20-50nm，团聚粒径大小D₅₀<0.5μm。

进一步地，上述碳酸氢铵-氨水缓冲体系中碳酸氢铵的摩尔量为所述原料混合所得的混合 体系中总金属离子摩尔量的4～10倍，优选地，所述碳酸氢铵-氨水缓冲体系的PH值为7～10。

进一步地，上述辅料包括所述原料混合所得的混合体系总质量0.5-3wt.%的分散剂，所述 分散剂为聚乙二醇2000和/或聚乙二醇20000；优选地，所述辅料还包括原料混合所得的混合 体系中总金属离子摩尔浓度0～10%的添加剂，所述添加剂为(NH₄)₂SO₄。

根据本发明的另一方面，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法，包括如 下步骤：配置反应溶液：将硝酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂和可选的辅料加入到硝酸溶液中， 混合得到前驱体母液硝酸溶液；共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液加入到所述前驱 体母液硝酸溶液中，搅拌反应，共沉淀获得前驱体胶体溶液；喷雾处理：将所述前驱体胶体 溶液作为喷雾液喷洒，以形成前驱体粉末；热处理：将所述前驱体粉末经热处理以获得所述 Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

进一步地，上述配置反应溶液的步骤包括：将所述硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆 溶液；将所述Sc₂O₃、可选的CeO₂加入到硝酸溶液中溶解，加热并搅拌，形成硝酸混合溶液， 优选地，所述硝酸溶液为温度85-95℃的热硝酸溶液；将所述硝酸混合溶液加入到硝酸氧锆溶 液中，可选的再将辅料加入到所述硝酸氧锆溶液中，配置成总金属离子摩尔浓度为0.3～1mol/L 的前驱体硝酸溶液。

进一步地，上述共沉淀处理的步骤包括：将所述碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为70～ 90℃条件下以低于3ml/min的速度滴加至所述前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为7～10，共 沉淀获得前驱体胶体溶液；优选碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液中碳酸氢铵的摩尔量为所述原料 混合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的4～10倍，更优选碳酸氢铵-氨水缓冲体系的PH 值为7～10。

进一步地，上述喷雾处理步骤包括：将所述前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为 0.3～0.6MPa，液体流量为5～20ml/min，喷雾温度为100～300℃的条件下进行喷洒，以形成 所述前驱体粉末。

进一步地，上述热处理的步骤包括：将所述前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为700～ 1000℃的条件下，热处理2～4小时，获得所述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

根据本发明的另一方面，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片，由上述的Sc₂O₃稳定 ZrO₂电解质粉体经流延成型。

应用本发明Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体及其制备方法具有如下优势：

本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体以硝酸氧锆和Sc₂O₃为原料，采用共沉淀- 喷雾-热处理法，制成的主相为立方相的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体，不但原料价格低廉、 无毒，且适用于后续流延成型、烧结工艺，可制备成具有高强度的致密电解质陶瓷片，其离 子导电率稳定性较好。

同时，在本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法采用共沉淀-喷雾-热处理 法，避免了共沉淀法中过滤、洗涤、干燥等后续繁琐工艺，使团聚减少，保证了产品的纯度， 而且工序简单，过程连续效率高，有利于大工业化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例1中Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的XRD衍射图谱；

图2示出了本发明实施例1中Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的SEM图片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明为了解决背景技术部分所指出的现有Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体原料价格较贵 的问题，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体，该Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体是以硝 酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂、硝酸和可选的辅料为原料，以碳酸氢铵-氨水缓冲体系为沉淀 剂，经共沉淀-喷雾-热处理法形成的主体相为立方相的粉体。

本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体以硝酸氧锆和Sc₂O₃为原料，采用共沉淀- 喷雾-热处理法，制成的主相为立方相的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体，不但原料价格低廉、 清洁，且通过控制各原料的配比以及所生成的相结构，经过后续流延成型、烧结工艺，可制 得高强度的致密电解质陶瓷片，其离子导电率、化学稳定性等均较好。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中，优选以ZrO₂为基底，Sc₂O₃的掺杂量为8～10mol% 和CeO₂的掺杂量为0～3wt.%。在本发明Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中Sc₂O₃和CeO₂的掺 杂量并不限于上述范围，但优选为上述范围。将Sc₂O₃和CeO₂的掺杂量控制在上述范围内有 利于提高Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中立方相的含量，进而提高所制备的电解质陶瓷片的 离子导电率和化学稳定性。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中，只要以硝酸氧锆和Sc₂O₃为原料，以共沉淀-喷 雾-热处理法为工艺制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体就具有上述所提到的效果。在本发明 的一种优选实施方式中，原料（硝酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂、硝酸和可选的辅料）混合所 得的混合体系（后续方法中所指出的前驱体母液硝酸溶液）中总金属离子摩尔浓度为0.3～ 1mol/L。在本发明中前述混合体系中总金属离子摩尔浓度并不限于在该范围内，将其控制在该 范围，有利于形成粒度分布均匀，且粒度较细的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中可以不含有CeO₂。在一种优选方案中，上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中含有CeO₂，且CeO₂的掺杂量优选为1～3wt.%。CeO₂掺杂有利于 提高电解质材料的高温稳定性，并促其形成立方相从而有利于提高电解质材料的电导率。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中立方相的含量将影响其所制备的电解质材料的导 电率、化学稳定性、热膨胀系数，以及强度等性能。在本发明的一种实施方式中立方相的含 量>80%，优选>90%，更优选>95%。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中电解质原料中，优选将粉体颗粒的晶体尺寸制为 10～100nm，一次粒径大小D₅₀<0.5μm。将Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质粉体的晶粒尺寸和一次粒径 大小控制在上述范围内有利于后续粉体成型、烧结时高致密度的实现，进而有利于制成高强 度的致密电解质陶瓷片。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中碳酸氢铵-氨水缓冲体系中碳酸氢铵的摩尔量为所 述电解质原料混合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的4～10倍。在这种摩尔比例下混合 可使金属离子完全沉淀。优选地，该碳酸氢铵-氨水缓冲体系中PH值为7～10，可使金属离子 沉淀更均匀，有利于粉体组分的均匀性。

在上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中电解质原料中辅料至少包括原料混合所得的混合 体系总重量0.5～3wt.%的分散剂，优选地，分散剂为聚乙二醇2000和/或聚乙二醇20000。上 述辅料中还包括添加剂，添加剂可选为(NH₄)₂SO₄，其硫酸根离子通过吸附到晶核表面带正电 的位置，增加静电排斥，减少团聚，从而起到分散的作用。优选(NH₄)₂SO₄的用量为原料混合 所得的混合体系中总金属离子摩尔浓度的0～10%。

同时，本发明为了解决背景技术中所指出共沉淀法容易产生硬团聚，很难实现工业化大 生产的问题，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法，该制备方法包括如下步 骤：配置反应溶液：将硝酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂和可选的辅料加入到硝酸溶液中，混合 得到前驱体母液硝酸溶液。共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液加入到所述前驱体母 液硝酸溶液中，搅拌反应，共沉淀获得前驱体胶体溶液。喷雾处理：将所述前驱体胶体溶液 作为喷雾液喷洒，以形成前驱体粉末。热处理处理：将所述前驱体粉末热处理以获得所述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法包括：配置反应溶液-共沉淀处理 -喷雾处理-热处理（煅烧处理）的步骤，在本发明中将其简称为共沉淀-喷雾-热处理法，该方 法避免了共沉淀法中过滤、洗涤、干燥等后续繁琐工艺，使团聚减少，保证了产品的纯度， 而且工序简单，过程连续效率高，有利于大工业化生产。应用本发明所提供的这种Sc₂O₃稳定 ZrO₂基电解质粉体制备方法能够制备上述所提到的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。且由本发 明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法所制备的产品粉体粒径小、粒度分布集中， 适合于现流行的流延成型工艺，其生产工艺简单，操作方便，更有利实现工业化大生产。

在本发明所提供的上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法中，配置反应溶液的步骤 采用常规工艺使得各原料溶解即可。在本发明的一种优选实施方式中，配置反应溶液的步骤 包括：先将硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆溶液。再将Sc₂O₃和可选的CeO₂加入到硝酸 溶液中溶解，加热并搅拌，形成硝酸混合溶液。然后将硝酸混合溶液加入到硝酸氧锆溶液中， 可选的再将辅料加入到硝酸氧锆溶液中，获得前驱体母液硝酸溶液。采用这种分步溶解混合 的方法，有利于使得更原料混合的相对均匀，进而提高所制备的电解质陶瓷片的致密性。

在本发明所提供的上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法中，共沉淀处理步骤按照 常规工艺将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液与前驱体母液硝酸溶液进行搅拌反应即可。在本发明 的一种优选实施方式中，该共沉淀处理步骤包括：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为 70-90℃条件下以低于3ml/min的速度滴加至所述前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为7-10， 共沉淀获得前驱体胶体溶液。采用这种在低速下缓慢滴加的方法，有利于提高所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体中立方相的纯度（含量），进而提高所制备的电解质陶瓷片的强度、致 密性、离子导电率以及化学稳定性。

本发明采用胶体溶液直接作为喷雾液，喷雾干燥过程中，胶体溶液中的氢氧化物和碳酸 盐沉淀作为成核晶种，相对均匀地分布于喷出的液滴表面，在液滴溶剂蒸发过程中，保证了 整个液滴内同时沉淀，生成实心颗粒，从而有利于粉体后续成型烧结时高致密度的实现。

在本发明所提供的上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法中，喷雾处理步骤按照常 规工艺将前驱体胶体溶液作为喷雾液喷洒，形成前驱体粉体即可。在本发明的一种优选实施 方式中，该喷雾处理步骤包括：将前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为0.3～0.6MPa， 液体流量为5～20ml/min，喷雾温度为100～300℃的条件下进行喷洒，以形成前驱体粉末。上 述喷雾方法可以采用喷雾热解设备进行，在使用喷雾热解设备前先将其加热到设定温度，调 节好空气压强，并调节液体流量，然后进行喷雾即可。

在本发明所提供的上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体制备方法中，热处理的步骤按照常 规工艺将前驱体粉末通过热处理形成Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体即可。在本发明的一种优 选实施方式中，该热处理步骤包括：将前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为700-1000℃的条 件下，热处理2-4小时，获得Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

同时，本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质粉体经流延成型、常压烧结工艺可制备成 Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片，这种电解质陶瓷片的强度、致密性、离子导电率以及化学稳定 性。

以下将结合具体实施例1至7进一步说明本发明所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体 和Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的有益效果。

实施例1：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：

（1）配置反应溶液：将硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆溶液；将Sc₂O₃（投料量为 Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体总摩尔量的9mol%）、CeO₂（投料量为Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质 粉体总质量的1wt.%）加入到温度90℃的热硝酸溶液中溶解，加热并搅拌，形成硝酸混合溶 液；将硝酸混合溶液加入到硝酸氧锆溶液中，再将聚乙二醇2000和聚乙二醇20000（两者重 量比为1:1，总用量为前驱体母液硝酸溶液总重量的1wt.%）和(NH₄)₂SO₄（用量为前驱体母液 硝酸溶液中总金属离子摩尔浓度的2%）加入到原料混合物中，获得总金属离子摩尔浓度为 0.3mol/L的前驱体母液硝酸溶液。

（2）配置碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液：获取PH值为8，且碳酸氢铵的摩尔量为原料混 合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的6倍的碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液。

（3）共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为80℃条件下以2ml/min的速 度滴加至前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为8，共沉淀获得前驱体胶体溶液。

（4）喷雾处理：将前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为0.4MPa，液体流量为 10ml/min，喷雾温度为250℃的条件下进行喷洒，以形成前驱体粉末。

（5）热处理：将前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为1000℃的条件下，热处理2小时， 获得Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

上述方法所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的相结构分析如图1和图2所示。由图1 为Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的XRD衍射图谱（其XRD图谱中点阵常数为）和图2为Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的SEM图片。由图1和图2可以看出， 本发明实施例1所制备的电解质粉体为立方晶型的Zr_0.89Sc_0.10Ce_0.01O_1.92，且团聚粒径在0.1μm 以下。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：将经上述方法所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质 粉体采用流延成型，其中成型毛坯在1200℃下进行常压烧结以获得陶瓷片。

实施例2：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：同实施例1，其中，没有加入CeO₂。

实施例3：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：

（1）配置反应溶液：将硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆溶液；将Sc₂O₃（投料量为 Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体总摩尔量的8mol%）和CeO₂（投料量为Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解 质粉体总质量的3wt.%）加入到温度85℃的热硝酸溶液中溶解，加热并搅拌，形成硝酸混合 溶液；将硝酸混合溶液加入到硝酸氧锆溶液中，再将聚乙二醇2000（用量为前驱体母液硝酸 溶液总重量的3wt.%）加入到原料混合物中，获得总金属离子摩尔浓度为1mol/L的前驱体母 液硝酸溶液。

（2）配置碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液：获取PH值为7，且碳酸氢铵的摩尔量为原料混 合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的10倍的碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液。

（3）共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为70℃条件下以低于3ml/min 的速度滴加至前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为10，共沉淀获得前驱体胶体溶液。

（4）喷雾处理：将前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为0.3MPa，液体流量为 20ml/min，喷雾温度为300℃的条件下进行喷洒，以形成前驱体粉末。

（5）热处理：将前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为700℃的条件下，热处理4小时， 获得Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：将经上述方法所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质 粉体采用流延成型，其中成型毛坯在1000℃下进行常压烧结以获得陶瓷片。

实施例4：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：

（1）配置反应溶液：将硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆溶液；将Sc₂O₃（投料量为 所欲Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体总摩尔量的10mol%）和CeO₂（投料量为所欲Sc₂O₃稳定 ZrO₂基电解质粉体总质量的2wt.%）加入到温度85～95℃的热硝酸溶液中溶解，加热并搅拌， 形成硝酸混合溶液；将硝酸混合溶液加入到硝酸氧锆溶液中，再将聚乙二醇20000（用量为前 驱体母液硝酸溶液的1wt.%）和(NH₄)₂SO₄（用量为前驱体母液硝酸溶液中总金属离子摩尔浓 度的%）加入到原料混合物中，获得总金属离子摩尔浓度为1.1mol/L的前驱体母液硝酸溶液。

（2）配置碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液：获取PH值为10，且碳酸氢铵的摩尔量为原料混 合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的4倍的碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液。

（3）共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为90℃条件下以2.9ml/min的速 度滴加至前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为10，共沉淀获得前驱体胶体溶液

（4）喷雾处理：将前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为0.6MPa，液体流量为 5ml/min，喷雾温度为100℃的条件下进行喷洒，以形成前驱体粉末。

（5）热处理：将前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为800℃的条件下，热处理3.2小时， 获得Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：将经上述方法所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质 粉体采用流延成型，其中成型毛坯在1000℃下进行常压烧结以获得陶瓷片。

实施例5：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：同实施例1，区别在于：

步骤（1）配置反应溶液：将硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆溶液；将Sc₂O₃（投料 量为Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体总摩尔量的12mol%）、CeO₂（投料量为Sc₂O₃稳定ZrO₂基 电解质粉体总质量的3.5wt.%）加入到温度90℃的热硝酸溶液中溶解。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：同实施例1。

实施例6：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：同实施例1，区别在于：

步骤（1）配置反应溶液：将硝酸氧锆、Sc₂O₃（投料量为所欲Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质 粉体总摩尔量的8～10mol%）和CeO₂（投料量为所欲Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体总质量的 2wt.%）、聚乙二醇20000（用量为前驱体母液硝酸溶液总重量的2wt.%）和(NH₄)₂SO₄（用量 为前驱体母液硝酸溶液总金属离子摩尔浓度的2.5%）加入到硝酸溶液中溶解，获得总金属离 子摩尔浓度为0.8mol/L的前驱体母液硝酸溶液。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：同实施例1。

实施例7：

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体的制备方法：同实施例1，区别在于：

步骤（2）配置碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液：获取PH值为11，且碳酸氢铵的摩尔量为原 料混合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的3.5倍的碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液。

步骤（3）共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液在温度为100℃条件下以低于 3.5ml/min的速度滴加至前驱体母液硝酸溶液中，至pH值为11，共沉淀获得前驱体胶体溶液

步骤（4）喷雾处理：将前驱体胶体溶液作为喷雾液，在喷气压强为0.8MPa，液体流量为 4ml/min，喷雾温度为100℃的条件下进行喷洒，以形成前驱体粉末。

步骤（5）热处理：将前驱体粉末在空气气氛，煅烧温度为600℃的条件下，热处理8小 时，获得Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的制备：同实施例1。

测试：

将实施例1至7所制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体及Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片 进行以下测试，以进一步说明本发明的有益效果。

Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体测试项目及方法：

粉末的相结构：采用X射线衍射分析。

粉体表面形貌：采用扫描电镜分析。

粉末的晶粒尺寸：采用X射线衍射分析。

粉末的团聚粒径大小D₅₀：采用激光粒度仪。

Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片的测量项目及方法：

陶瓷片的抗弯强度：采用抗弯强度试验机。

陶瓷片的致密度：采用理论密度/体积密度来表征。理论密度可采用XRD测试获得，体积 密度可用阿基米德排水法测得。

陶瓷片的离子导电率：采用交流阻抗法。

测量结果如表1所示。

表1.

由表1中数据可以看出，由本发明所提供的方法制备的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体主 要相为立方相，且立方相的含量能够达到95%以上，而且晶粒尺寸较细，小于50nm，团聚现 象较少，且团聚粒径也均小于0.5μm。而且由该Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体所制备的陶瓷片 的抗弯强度能够达到480MPa以上，致密度能够达到95%以上，电化学稳定性较好，在 700～800℃仍然能够维持在0.2至0.25S/cm范围内。

同时，本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体以硝酸氧锆和Sc₂O₃为原料，采用共 沉淀-喷雾-热处理法，制成的主相为立方相的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体，不但原料价格低 廉、无毒，且适用于后续流延成型、烧结工艺，可制备成具有高强度的致密电解质陶瓷片， 其离子导电率、化学稳定性等均较好。另外在本发明所提供的Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体 制备方法采用共沉淀-喷雾-热处理法，避免了共沉淀法中过滤、洗涤、干燥等后续繁琐工艺， 使团聚减少，保证了产品的纯度，而且工序简单，过程连续效率高，有利于大工业化生产。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、 改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。