氧泵电极的制备方法与氧泵电极与流程

本发明涉及电极制备技术，特别是涉及一种液态铅铋合金氧传感器。

背景技术：

1、第四代铅基堆采用液态铅铋共晶合金或液态铅金属作为冷却剂，具有高安全性、易小型化、经济性好、可行性好的显著特色。上述冷却剂冷却剂在使用过程中容易对反应堆结构材料造成严重的腐蚀问题，同时也容易造成反应堆冷却剂回路的堵塞。上述问题需要利用液态金属中的氧控技术解决。

2、在液态铅基合金中的氧分压低于进行氧化反应所需的氧分压的情况下，氧化物无法生成，结构材料呈现溶解腐蚀；而在液态金属中的氧分压增高到大于氧化反应所需的氧分压的情况下，结构材料表面生成氧化膜。如果液态铅铋合金中的氧浓度过高，则会诱发pb、bi氧化物杂质的产生，严重情况下这些氧化物杂质会阻塞冷却剂回路，同时过高的氧浓度也会加快材料的氧化腐蚀，对结构材料造成严重损害。通过控制液态金属中的氧浓度，可以在结构材料的表面生成一层均匀的氧化膜。氧化膜便可将结构材料与液态金属隔离开来，从而有效控制液态金属对材料的腐蚀问题。

3、目前，液态金属中的氧控技术按照实现的介质和途径可以划分为气相氧控、固相氧控以及氧泵氧控三类。

4、其中气相氧控是通过向液态金属中通入固定比例的混合气体(例如h2/o2/ar混合气体、h2/h2o/ar混合气体或者co/co2混合气体)，通过气/液界面上发生化学反应来实现对液态铅铋中氧浓度的控制。气相氧控方法存在反应速度慢，精准调控氧浓度困难，对系统密封要求性高，长时间使用可能产生氧化物浮渣等缺点。另外，气相氧控方法应用在核系统时会产生放射性气体废物。

5、固相氧控法是利用固态氧化铅在液态铅基金属中的溶解和析出来调控液态金属中氧浓度。固相氧控法对质量交换器的设计要求较高，对氧化铅颗粒的机械性能也有很高的要求，还要防止氧化铅出现“中毒”现象。另外，质量交换器中的氧化物或者氢化物消耗完后很难完成在线更换。

6、氧泵氧控是根据法拉第定律利用外加电压把氧离子定向的从固体电解质一侧定量输送至另一侧的氧控方法。目前氧泵氧控方法尚处于研究初期，氧泵输送氧离子效率较低，尤其在低温下氧离子固体电解质的离子导电率大大降低，严重影响了氧泵氧控法在较低温度环境(例如200℃以下)中的应用。

7、氧泵氧控技术中电极是极为重要的部件，其直接影响了氧还原速率，现有电极无法满足氧泵氧控技术在液态金属冷却剂中应用的要求。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是要提供一种提高氧泵氧离子输送效率的氧泵电极及其制备方法。

2、本发明的一个进一步目的是要满足氧泵氧控技术对电极的性能要求。

3、特别地，本发明提供了一种氧泵电极的制备方法，其包括：

4、在固体电解质基体上刷涂复合电极浆料，复合电极浆料为离子电子混合导体材料；

5、将刷涂复合电极浆料后的固体电解质基体进行第一次烧结，以形成复合电极层；

6、在复合电极层上刷涂金属浆料，将电极引线与金属浆料连接；

7、将刷涂金属浆料后的固体电解质基体进行第二次烧结，以形成金属电极层，得到氧泵电极。

8、可选地，离子电子混合导体材料为lsm与ysz的混合材料，固体电解质基体由ysz材料制成。

9、可选地，将刷涂复合电极浆料后的固体电解质基体进行第一次烧结的步骤包括：

10、以第一升温速度加热至第一目标温度，并保温第一设定时长；

11、以第二升温速度加热至第二目标温度，并保温第二设定时长，其中第二升温速度大于第一升温速度；

12、以第一降温速度降温至环境温度，完成第一次烧结。

13、可选地，第一升温速度的取值范围为10～50℃/h，第二升温速度的取值范围为50～150℃/h，第一降温速度的取值范围为50～150℃/h；

14、第一目标温度的取值范围为300℃～700℃，第二目标温度的取值范围为1000℃～1500℃；第一设定时长的取值范围为1～7h，第二目标温度的取值范围为0.5h～4h。

15、可选地，金属浆料的材料为铂，电极引线的材料为以下任意一种：铂、金、银、铜、钼、钽、不锈钢。

16、可选地，将刷涂金属浆料后的固体电解质基体进行第二次烧结的步骤包括：

17、以第三升温速度加热至第三目标温度，并保温第三设定时长；

18、降温至环境温度，完成第二次烧结。

19、可选地，第三升温速度的取值范围为10～60℃/min，第三目标温度的取值范围为500～1000℃，第三设定时长的取值范围为0.5h～2h。

20、可选地，在固体电解质基体上刷涂复合电极浆料的步骤包括：在固体电解质基体上均匀刷涂复合电极浆料多次，使得固体电解质基体上的复合电极浆料达到预设的电极浆料设定量；

21、在复合电极层上刷涂金属浆料的步骤包括：在复合电极层上上均匀刷涂金属浆料多次，使得复合电极层上的复合电极浆料达到预设的金属浆料设定量。

22、可选地，复合电极层形成疏松多孔结构。

23、特别地，根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用上述任一种的氧泵电极的制备方法制成。

24、本发明的氧泵电极的制备方法，利用两次烧结实现多层电极结构，通过三相反应位点(tpb)的数量的增加，提高了氧还原速率，从而增大了氧离子的穿透速率，从而提高氧泵在较低工作温度下的效率，为氧泵氧控在第四代铅基堆冷却剂上的广泛应用提供了基础。

25、进一步地，本发明的氧泵电极的制备方法，改进了电极材料，使用lsm与ysz的混合材料制备复合电极层，使用pt等金属材料制备金属电极层，制备出多层的氧泵电极，最底层为致密ysz固体电解质，中间层为疏松多孔的复合电极层，最上层为金属电极层，可以更加高效地将电子引导至中间层，使大量氧离子可以在中间层发生氧还原反应。

26、根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

技术特征：

1.一种氧泵电极的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的氧泵电极的制备方法，其中，

3.根据权利要求2所述的氧泵电极的制备方法，其中，所述将刷涂所述复合电极浆料后的所述固体电解质基体进行第一次烧结的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的氧泵电极的制备方法，其中，

5.根据权利要求1所述的氧泵电极的制备方法，其中，

6.根据权利要求5所述的氧泵电极的制备方法，其中，所述将刷涂所述金属浆料后的所述固体电解质基体进行第二次烧结的步骤包括：

7.根据权利要求6所述的氧泵电极的制备方法，其中，

8.根据权利要求1所述的氧泵电极的制备方法，其中，

9.根据权利要求1所述的氧泵电极的制备方法，其中，

10.一种氧泵电极，使用根据权利要求1至9中任一项所述的氧泵电极的制备方法制成。

技术总结
本发明提供了一种氧泵电极的制备方法与氧泵电极。其中上述氧泵电极的制备方法包括：在固体电解质基体上刷涂复合电极浆料，复合电极浆料为离子电子混合导体材料；将刷涂复合电极浆料后的固体电解质基体进行第一次烧结，以形成复合电极层；在复合电极层上刷涂金属浆料，将电极引线与金属浆料连接；将刷涂金属浆料后的固体电解质基体进行第二次烧结，以形成金属电极层，得到氧泵电极。本发明的方案，利用两次烧结实现多层电极结构，提高了氧还原速率，从而增大了氧离子的穿透速率，从而提高氧泵在较低工作温度下的效率，为氧泵氧控在第四代铅基堆冷却剂上的广泛应用提供了基础。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：中子时代（青岛）创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15