一種中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于固體電解質的制備領域，具體設及一種中溫固體氧化物燃料電池電解 質及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 能源是一個國家國民經濟發展的命脈，也是衡量文明發達程度、人民生活水平和 國家綜合國力的重要指標。近年來，我國國力突飛猛進，對能源的需求也與日劇增。目前使 用較多的化石燃料(如石油、煤炭)不僅燃燒效率較低，會對環境造成污染且不可持續發展， 因而新能源的發展需求迫在眉睫。固體氧化物燃料電池(SOFC)通過電化學反應過程使化石 類燃料中的化學能直接轉化為電能，由于沒有燃燒和機械過程，SOFC不受卡諾循環影響，極 高的提高了能量的轉化效率，避免或減少了NOx、SOxXOx W及粉塵等污染物的產生;SOFC的 工作溫度在600 °C~1000 °C，其副廣品是局品質的熱和水黒氣，在熱-電聯供的情況下，能量 利用率高達80%左右，是一種清潔高效的能源系統。因而SOFC被公認為是最具發展前景的電 池之一。
[0003] 傳統SOFC的工作溫度位于900~1000°C之間，較高的工作溫度在電池的運行過程中 會促進電池各部件間的相互反應和擴散，降低電池的使用壽命，運樣必然對電極材料和連 接件等材料的性能提出更高的要求，造成生產的成本上升，限制了SOFC的商業化發展。因 此，要使SOFC商業化發展，就需要降低SOFC工作溫度，開發中低溫SOFC已成為必然趨勢。在 SOFC系統中，電解質是電池的粉。，電解質的性能直接決定著SOF地池的工作溫度和性能。 傳統的電解質已無法適用于中低溫條件，因此就必須尋求在中低溫下具有高電導率的電解 質。本發明的電解質在中低溫的使用條件下，導電率高；用該電解質制成的單電池的電池的 輸出功率密度增大，因此具有更好的電化學性能。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種中溫固體氧化物燃料電池電解 質及其制備方法。采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備，電解質的相對致密度達到100%;在潮濕的空 氣氣氛(3%也0)下700°C時電導率為O.OlS/cm。
[0005] -種中溫固體氧化物燃料電池電解質，其為化學式為Ceo.sGdo.osIno.02化.95的固體 氧化物粉末。
[0006] -種制備如上所述中溫固體氧化物燃料電池電解質的方法，具體步驟為： 1) 按〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日化學計量比稱取〔6(^)3)3.6也0、111(^)3)3.4.5也0和6(12〇3， 并按巧樣酸與金屬陽離子的摩爾比為2:1，稱取巧樣酸； 2) 將Ce(N〇3)3 ?細2〇，In(N〇3)3 ? 4.甜2〇和巧樣酸加入蒸饋水溶解，得溶液1; 3) 將Gd2〇3用稀硝酸溶解，得溶液2; 4) 將溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，調節pH值為7; 5) 將步驟4)得到的混合溶液放入攬拌器中加熱至45°C，在45°C下連續攬拌，并在攬拌 過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠； 6) 將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末； 7) 將粉末加熱至800°C ± 10°C，保溫3±0.1小時，自然冷卻，形成〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.95電 解質粉末； 8) 將制成的Ceo.9Gdo.〇8ln〇.〇2〇i.95粉末放入模具中，在400MPa的壓力下，制成圓片，將圓 片W每分鐘3°C的加熱速度加熱到1300°C±l(rC保溫3±0.1小時，得到所需要的電解質圓 片。
[0007] 步驟4 )所述的氨水濃度為15wt%-20wt%。
[000引本產品的有益效果在于： 1) 本發明采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備，電解質的相對致密度達到100%;在潮濕的空氣 氣氛(3%出0)下700 °C時電導率為0.01 S/cm; 2) 所制得的電解質在中溫(600°C-800°C)范圍內具有較高的電導率；電解質片的燒結 溫度低，對設備要求低，更加節能。
【附圖說明】
[0009] 圖1為〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日的邸0圖譜；由圖可知：〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日是蛋石結構； 圖2為Ceo.sGdo.osIn日.日2〇1.9日的電導率與測試溫度的關系曲線；由圖可知：隨著測試溫度 的升高，電導率提高，表現為離子電導特性;在700°C下的電導率為0.0 l 2S/cm。
【具體實施方式】
[0010] 為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的 技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。
[0011] 電導率的測試方法： 電解質的交流電導采用兩端子法測定。將1 300°c下燒結3小時后的所得的 Ceo.9Gdo.〇8ln日.日2〇1.9日電解質圓片兩面涂上銀漿，然后于650°C賠燒化后制得銀電極。用銀絲 將兩端的銀電極與交流阻抗儀連接。采用的交流阻抗儀為WAY肥KERR公司型號為WK6540A 交流阻抗儀，應用電位1 OmV，測定頻率范圍0.1 kHZ-mZ，測定交流電導的溫度為700°C，在空 氣氣氛中測定。電導率采用如下公式計算：
式中，O為電解質電導率，S/cm; h為電解質片厚度，單位cm; R為電解質電阻，單位Q ; S為電解質片橫截面積，單位cm2。
[0012] 700°C 時的電導率為 0.012S/cm。
[001引實施例1 1摩爾的Ceo. gGdo. 081 no.日201.9日的制備： 稱取0.02摩爾的In(N03)3 ? 4.甜20:0.02*381.92= 7.6384克， 稱取0.9摩爾 Ce(N03)3 ?細20: 0.9*434.22 = 390.798克， 稱取0.04摩爾的Gd203: 0.04*362.5=14.5克， 稱取巧樣酸:4巧10.14=840.56克； 將Ce(N03)3 ?細20和巧樣酸W及In(N03)3 ? 4.甜20加入蒸饋水溶解，得溶液1; 用稀硝酸將Gcb03溶解為硝酸鹽，得溶液2; 將溶液1和溶液2倒入一起，滴加氨水調節pH值為7; 將混合溶液放入攬拌器中加熱至45°C，在45°C下連續攬拌，并在攬拌過程中通過加氨 水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠； 將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末； 將粉末加熱至800°C，保溫3小時，自然冷卻，形成Ce0.9Gd().()8ln().()20i.95粉末； 圓片的制備：將所制成的〔日日.96(1日.日8111日.日2化.9日粉末放入模具中，在4001?3的壓力下，審。 成圓片，將圓片W每分鐘3°C的加熱速度加熱到1300°C保溫3小時，得到所需要的電解質圓 片。
[0014] W上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1. 一種中溫固體氧化物燃料電池電解質，其特征在于：所述的電解質為化學式為 Ceo. gGdo. 〇8?η〇. 〇2〇ι. 95 的固體氧化物。2. -種制備如權利要求1所述中溫固體氧化物燃料電池電解質的方法，其特征在于:具 體步驟為： 1) 按06().96(1().()8111().()20 1.95化學計量比稱取〇6(^)3)3?6!120、111(勵 3)3?4.5!120和6(1203，并 按檸檬酸與金屬陽離子的摩爾比為2:1，稱取檸檬酸； 2) 將Ce(N03)3 · 6Η20，Ιη(Ν03)3 · 4.5H20和檸檬酸加入蒸餾水溶解，得溶液1; 3 )將Gd2〇3用稀硝酸溶解，得溶液2; 4) 將溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，調節pH值為7; 5) 將步驟4)得到的混合溶液放入攪拌器中加熱至45°C，在45°C下連續攪拌，并在攪拌 過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠； 6) 將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末； 7) 將粉末加熱至800°C±10°C，保溫3±0.1小時，自然冷卻，形成Ceo.gGdo.QsInoiOii電 解質粉末； 8) 將制成的Ceo.Wdo.osIno.t^Ou粉末放入模具中，在400MPa的壓力下，制成圓片，將圓 片以每分鐘3°C的加熱速度加熱到1300°C ± 10°C保溫3 ±0.1小時，得到所需要的電解質圓 片。3. 根據權利要求2所述中溫固體氧化物燃料電池電解質的制備方法，其特征在于:步驟 4 )所述的氨水濃度為15wt%_20wt%。
【專利摘要】本發明屬于固體電解質的制備領域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法。所述的電解質為化學式為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固體氧化物粉末。本發明采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備該電池電解質，相對致密度達到100%；該電解質在潮濕的空氣氣氛（3%H2O）下700℃時離子電導率為0.01S/cm。
【IPC分類】H01M8/1016
【公開號】CN105633439
【申請號】CN201610010037
【發明人】彭開萍, 陳嘉翔, 劉杭
【申請人】福州大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月8日