RU1840832C - Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devices - Google Patents
Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devicesInfo
- Publication number
- RU1840832C RU1840832C SU2223627/07A SU2223627A RU1840832C RU 1840832 C RU1840832 C RU 1840832C SU 2223627/07 A SU2223627/07 A SU 2223627/07A SU 2223627 A SU2223627 A SU 2223627A RU 1840832 C RU1840832 C RU 1840832C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- films
- solid electrolyte
- electrochemical devices
- gastight
- making solid
- Prior art date
Links
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000192 Methionyl aminopeptidases Proteins 0.000 description 1
- 102100021118 Microtubule-associated protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000010978 jasper Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000002294 plasma sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области изготовления электрохимических устройств с твердым электролитом. В плане изготовления таких устройств особый интерес представляют конструкции с тонкопленочным электролитом. Тонкие пленки твердого электролита можно получать методами термического испарения и ионно-плазменного распыления в вакууме.The invention relates to the field of manufacturing electrochemical devices with solid electrolyte. In terms of manufacturing such devices, designs with a thin-film electrolyte are of particular interest. Thin films of solid electrolyte can be obtained by thermal evaporation and ion-plasma spraying in vacuum.
Известен способ получения тонких пленок твердого электролита на основе двуокиси циркония с использованием термического испарения мишени электронным лучом, запатентованный Танненбергером [Pat. Fr. 1574994 (Cl H01m, C04b), 18 Jul 1969, Swiss Appl 19 Jul 1967; p.15]. Недостатками термического испарения в вакууме являются повышенная пористость напыленной пленки, несоответствие химического состава исходного испаряемого вещества составу осажденной пленки, неравномерность пленок по толщине и по составу.A known method of producing thin films of a solid electrolyte based on zirconium dioxide using thermal evaporation of a target by an electron beam, patented by Tannenberger [Pat. Fr 1574994 (Cl H01m, C04b), 18 Jul 1969, Swiss Appl 19 Jul 1967; p.15]. The disadvantages of thermal evaporation in vacuum are the increased porosity of the sprayed film, the mismatch between the chemical composition of the initial vaporized substance and the composition of the deposited film, and the unevenness of the films in thickness and composition.
Для обеспечения заданной структуры и химического состава осажденных пленок и уменьшения их пористости пленки получают известным методом высокочастотного ионно-плазменного распыления мишени из твердого электролита, либо путем распыления при постоянном отрицательном потенциале относительно плазмы и нагревом мишени из твердого электролита перед началом распыления до температуры, обеспечивающей ее электропроводность, достаточную для нейтрализации заряда, создаваемого на мишени бомбардирующими ее ионами рабочего газа.To ensure a given structure and chemical composition of the deposited films and to reduce their porosity, films are obtained by the known method of high-frequency ion-plasma sputtering of a target from a solid electrolyte, or by sputtering at a constant negative potential relative to the plasma and heating the target from a solid electrolyte before sputtering to a temperature that ensures it electrical conductivity sufficient to neutralize the charge created on the target by the working gas ions bombarding it.
Недостатком предложенного ионно-плазменного способа является необходимость изготовления мишеней из твердого электролита, что является весьма трудоемким процессом с большим количеством операций. Кроме того, в процесса изготовления электролита возможно его загрязнение материалами шаровых мельниц, измельчителей и печей, в которых производится стабилизирующий и окончательный обжиги, а следовательно, и полученные пленки электролита не будут отличаться высокой чистотой, что может привести к изменению таких физикохимических свойств электролита, как электропроводность, доля электронной составляющей проводимости и т.д. Кроме того, пленки, полученные ионно-плазменным методом, высокодисперсны и имеют большие внутренние напряжения. Такие пленки не термостабильны.The disadvantage of the proposed ion-plasma method is the need to manufacture targets from a solid electrolyte, which is a very time-consuming process with a large number of operations. In addition, in the process of manufacturing the electrolyte, it may be contaminated with materials from ball mills, grinders and furnaces in which stabilizing and final firing is performed, and therefore the resulting electrolyte films will not be of high purity, which can lead to a change in such physicochemical properties of the electrolyte as electrical conductivity, the proportion of the electronic component of conductivity, etc. In addition, films obtained by the ion-plasma method are highly dispersed and have large internal stresses. Such films are not thermostable.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages.
Эта цель достигается применением для получения мишени исходных материалов в виде механической смеси тонких порошков чистых окислов, которые наносятся на высокочастотный электрод распылителя слоем в несколько миллиметров и последующим распылением приготовленной мишени ионами инертного газа в высокочастотном ионно-плазменном распылителе с последующей термообработкой осажденных пленок при температуре 600-1000°C в течение 1-20 часов.This goal is achieved by using a source of raw materials in the form of a mechanical mixture of fine powders of pure oxides, which are deposited on a high-frequency electrode of a sprayer with a layer of several millimeters, and then spraying the prepared target with inert gas ions in a high-frequency ion-plasma spray followed by heat treatment of the deposited films at a temperature of 600 -1000 ° C for 1-20 hours.
Пример. Предложенным способом были получены пленки твердого электролита состава 0,9ZrO2-0,1Y2O3 толщиной 5-7 мкм. Мишень была приготовлена тщательным перемешиванием в среде спирта, в яшмовой ступке порошков двуокиси циркония, квалификации "Х4" и окиси иттрия, продукта 1-го сорта. Механическая смесь была нанесена слоем 3-5 мм на высокочастотный электрод распылителя. Осаждение пленок электролита производилось в высокочастотном ионно-плазменном распылителе с триодной системой, при давлении плазмообразующего газа (аргона) 2·10-4 мм рт.ст. Напряжение мишени 2 кВ, ток разряда 2 А, анодное напряжение 290 В, частота 13,56 МГц, температура в зоне осаждения 280°C. Термообработка пленок производилась путем нагрева в муфельной печи до 800°C, выдержке при этой температуре в течение 3 часов и последующего охлаждения вместе с печью. Исследование полученной пленки на рентгеновском дифрактометре ДРОН-0,5 в медном Kα-излучении и микроанализаторе MAP-2 позволили установить, что химический состав и структура после напыления и термообработки соответствуют твердому раствору состава 0,9ZrO2-0,1Y2O3 со структурой CaF2. Микроскопические исследования пленки на оптическом микроскопе (увеличение ×500 и ×2000) показали ее высокую плотность и отсутствие сквозной пористости.Example. By the proposed method, films of a solid electrolyte of composition 0.9ZrO 2 -0.1Y 2 O 3 with a thickness of 5-7 μm were obtained. The target was prepared by thorough mixing in an alcohol medium, in a jasper mortar of powders of zirconium dioxide, qualification "X4" and yttrium oxide, a product of the 1st grade. The mechanical mixture was applied with a layer of 3-5 mm on the high-frequency electrode of the atomizer. The electrolyte films were deposited in a high-frequency ion-plasma atomizer with a triode system, with a plasma-forming gas (argon) pressure of 2 · 10 -4 mm Hg. The target voltage is 2 kV, the discharge current is 2 A, the anode voltage is 290 V, the frequency is 13.56 MHz, and the temperature in the deposition zone is 280 ° C. Heat treatment of the films was carried out by heating in a muffle furnace to 800 ° C, holding at this temperature for 3 hours and subsequent cooling with the furnace. Investigation of the film obtained on X-ray diffractometer DRON-0.5 in the copper K α -radiation microanalyzer and MAP-2 revealed that the chemical composition and the structure after deposition and heat treatment correspond to the solid solution 0,9ZrO 2 -0,1Y 2 O 3 composition with structure of CaF 2 . Microscopic studies of the film with an optical microscope (magnification × 500 and × 2000) showed its high density and the absence of through porosity.
Использование в электрохимических устройствах тонкопленочного твердого электролита, изготовленного по предлагаемому способу, обеспечит существенное повышение технико-экономических показателей этих устройств:The use of thin-film solid electrolyte manufactured by the proposed method in electrochemical devices will provide a significant increase in the technical and economic indicators of these devices:
1. Повышение стабильности электрохимических характеристик электрохимических устройств.1. Improving the stability of the electrochemical characteristics of electrochemical devices.
2. Значительное сокращение количества и трудоемкости технологических операций при изготовлении мишени.2. A significant reduction in the number and complexity of technological operations in the manufacture of the target.
3. Снижение степени загрязнения пленок твердого электролита.3. Reducing the degree of contamination of solid electrolyte films.
4. Снижение омических потерь в электрохимических устройствах за счет снижения доли электронной проводимости.4. Reduction of ohmic losses in electrochemical devices by reducing the proportion of electronic conductivity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU2223627/07A RU1840832C (en) | 1977-08-01 | 1977-08-01 | Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU2223627/07A RU1840832C (en) | 1977-08-01 | 1977-08-01 | Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU1840832C true RU1840832C (en) | 2012-07-27 |
Family
ID=46851207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU2223627/07A RU1840832C (en) | 1977-08-01 | 1977-08-01 | Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU1840832C (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2643152C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method for film solid electrolyte production |
-
1977
- 1977-08-01 RU SU2223627/07A patent/RU1840832C/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2643152C1 (en) * | 2017-05-04 | 2018-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method for film solid electrolyte production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Madhuri | Thermal protection coatings of metal oxide powders | |
| JPS63241823A (en) | Manufacture of superconducting thin film | |
| KR20080071973A (en) | Coating Deposition by Sputtering | |
| US9243318B2 (en) | Sintered material, and process for producing same | |
| KR20040069178A (en) | MgO VAPOR DEPOSITION MATERIAL AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF | |
| Yashar et al. | High-rate reactive sputtering of yttria-stabilized zirconia using pulsed dc power | |
| JPS62158860A (en) | Article for thermoelectric dynamo and its production | |
| RU1840832C (en) | Method of making solid electrolyte thin gastight films for electrochemical devices | |
| JP4237993B2 (en) | Discharge electrode member and ozone generator using the same | |
| Yushkov et al. | On the effect of ceramic target composition on coatings deposited by electron-beam evaporation at forevacuum pressure | |
| JPH04365853A (en) | Method for forming composite oxide superconducting thin film | |
| US20200173007A1 (en) | Sputtering target preparation process based on plasma spray technology | |
| JPS5850419B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric thin film | |
| CN115572167A (en) | IWZO target material and preparation method and application thereof | |
| CN102634763A (en) | Method for preparing Co3O4 membrane electrode material by virtue of pulsed laser deposition and applications of Co3O4 membrane electrode material | |
| Burachevsky et al. | Properties of electrical insulation coatings from yttrium-stabilized zirconia and Alumina | |
| JPH0238302A (en) | Formation of superconducting thin film | |
| JP2021134094A (en) | Oxide sintered body and its manufacturing method and sputtering target | |
| EP0032709B1 (en) | Apparatus and method for the (patterned) coating of a substrate by cathodic sputtering and use thereof | |
| RU2793941C1 (en) | Method for vacuum-plasma deposition of a thin film of lithium phosphorus oxynitride | |
| RU2069915C1 (en) | Process of manufacture of secondary emission cathode | |
| Shah et al. | Growth of YBa2Cu3O70 x thin films by sputtering | |
| WO2026012718A1 (en) | Method and apparatus for depositing a material on a substrate by magnetron sputtering | |
| RU2167467C1 (en) | Method for manufacturing electrode unit of ac gas panel | |
| JPH02296724A (en) | Manufacturing method of thin film superconductor |