本发明属于电池用的电解质领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法。
背景技术：
在传统能源日益枯竭和工业废气继续恶化环境的今天,开发清洁、高效的新能源迫在眉睫。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为21世纪最有前景的能源装置之一,其开发和研究对人类社会的发展发挥着重要作用。固体氧化物燃料电池（SOFC）通过直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了NOx、SOx、CO、CO2以及粉尘等污染物的产生；固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、 一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。
传统SOFC的工作温度必须在800℃以上的运行温度才有较高的输出功率，高的运行温度不仅对电池的连接密封具有非常高的要求，而且加速电池部件间的副反应的发生，电池性能衰减速率增大，使电池的成本居高不下，大大限制了SOFC的商业化发展。因此，要使SOFC商业化发展，就要降低SOFC工作温度，开发中低温SOFC已成为必然趋势。在SOFC系统中，电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着SOFC电池的工作温度和性能。传统的电解质已无法适用于中低温条件，因此就必须寻求在中低温下具有高电导率的电解质。本发明的电解质在中低温的使用条件下具有高电导率，从而满足中温SOFC电解质的要求。
技术实现要素：
为了提高中温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用硝酸盐凝胶燃烧法和固相反应法制备新型97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3复合电解质，其相对致密度达到100%；在空气气氛下700℃时电导率为0.02S/cm，高于用相同硝酸盐凝胶燃烧法制备的常用电解质Ce0.8Gd0.2O1.9的电导率。
97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3复合电解质的制备方法如下：
1.Bi1.55La0.45O3的制备方法为：
1） 按Bi1.55La0.45O3化学计量比称取原料Bi2O3,La2O3。
2） 将Bi2O3和La2O3混合球磨24h；
3） 将球磨后的混合物在800±10℃下煅烧24±0.1h,得到最终产物。
2.Ce0.8Gd0.2O1.9的制备方法为：
1）按Ce0.8Gd0.2O1.9化学计量比称取Ce(NO3)3·6H2O，Gd2O3，并按摩尔比：柠檬酸：金属阳离子=1.5:1称取柠檬酸；
2）用稀硝酸（稀硝酸的浓度为10%-15%）将Gd2O3溶解为硝酸盐；
3） 将Ce(NO3)3·6H2O和柠檬酸加入蒸馏水溶解；
4）将上述两种溶液混合，滴加氨水（氨水浓度为15%-20%）调节pH值为7；
5）将步骤4）得到混合溶液放入搅拌器中加热至45℃，在45℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；
6）将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；
7）将粉末加热至800℃±10℃，保温3±0.1小时，自然冷却，形成Ce0.8Gd0.2O1.9粉末。
3. 按 Ce0.8Gd0.2O1.9：Bi1.55La0.45O3质量比97：3分别称取两种粉末，将两种粉末倒入球磨罐中，在球磨机上以200转/分球磨3h让其均匀混合，制备出97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末。
4. 将制成的97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆片以每分钟3℃的加热速度加热到1300℃±10℃保温3±0.1小时，得到所需要的电解质圆片。
本发明的有益效果在于：
1）本发明制备的复合电解质相对致密度达到100%；在空气气氛下700℃时电导率为0.02S/cm，高于用相同硝酸盐凝胶燃烧法制备的常用电解质Ce0.8Gd0.2O1.9的电导率。
2）相较于传统的电解质无法适用于中低温条件，本发明的复合电解质能在中温（600-800℃）的条件下使用，导电率高；用该电解质制成的单电池的开路电压提高、电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例 1
97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3制备方法
1.Ce0.8Gd0.2O1.9的制备方法为：
1）按Ce0.8Gd0.2O1.9化学计量比称取Ce(NO3)3·6H2O，Gd2O3，并按摩尔比：柠檬酸：金属阳离子=1.5:1称取柠檬酸；
2）用稀硝酸（稀硝酸的浓度为10%-15%）将Gd2O3溶解为硝酸盐；
3） 将Ce(NO3)3·6H2O和柠檬酸加入蒸馏水溶解；
4）将上述两种溶液混合，向溶液中逐滴加入氨水（氨水浓度为15%-20%）调节pH值为7；
5）将步骤4）得到混合溶液放入搅拌器中加热至45℃，在45℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；
6）将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；
7）将粉末加热至800℃±10℃，保温3±0.1小时，自然冷却，形成Ce0.8Gd0.2O1.9粉末；
2. Bi1.55La0.45O3制备方法
1）按照Bi1.55La0.45O3化学计量比用称量原料Bi2O3和La2O3；
2）将Bi2O3和La2O3加酒精混合球磨24h，然后干燥12h；
3）将干燥后的Bi2O3和La2O3混合物在800±10℃下煅烧24±0.1h,得到最终产物Bi1.55La0.45O3；
3. 按 Ce0.8Gd0.2O1.9：Bi1.55La0.45O3质量比97：3分别称取两种粉末，将两种粉末倒入球磨罐中，在球磨机上以200转/分球磨3h让其均匀混合，制备出97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末。
4. 将制成的97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末放入模具中，在300 MPa的压力下，制成圆片，将圆片以每分钟3℃的加热速度加热到1300℃±10℃保温3±0.1小时，得到所需要的电解质圆片。
具体的：
1）制备1摩尔Ce0.8Gd0.2O1.9
称取0.8摩尔 Ce(NO3)3·6H2O： 0.8*434.22 = 347.376克
称取0.1摩尔的Gd2O3： 0.1*362.5=36.25克
称取1.5摩尔的柠檬酸： 1.5*210.14=315.21克
用质量浓度为10%稀硝酸将Gd2O3溶解为硝酸盐；
将Ce(NO3)3·6H2O和柠檬酸加入蒸馏水溶解；
将上述两种溶液混合，滴加质量浓度为15%氨水调节pH值为7；
将混合溶液放入搅拌器中加热至45℃，在45℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；
将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；
将粉末加热至800℃，保温3小时，自然冷却，形成Ce0.8Gd0.2O1.9粉末。
2）制备1摩尔Bi1.55La0.45O3
称取0.775摩尔Bi2O3：0.775*465.96=361.119克
称取0.225摩尔La2O3：0.225*325.81=73.30725克
将称好的Bi2O3和La2O3加酒精混合球磨24h，干燥12小时，在800℃下煅烧24h,得到最终产物Bi0.775La0.225O1.5；
3）100克97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3%Bi1.55La0.45O3制备
称取97克Ce0.8Gd0.2O1.9；
称取3克Bi1.55La0.45O3；
将两种粉末倒入球磨罐中，在球磨机上以200转/分球磨3h让其均匀混合，获得97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末。
4）圆片的制备
将步骤3）制备成的97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆片以每分钟3℃的加热速度加热到1300℃保温3小时，得到所需要的电解质圆片。
电导率的测试方法：
电解质的交流电导采用两端子法测定。将1300℃下烧结3小时后所得的97%Ce0.8Gd0.2O1.9-3% Bi1.55La0.45O3电解质圆片两面涂上银浆，然后于450℃焙烧2h后制得银电极。用银丝将两端的银电极与交流阻抗仪连接。采用的交流阻抗仪为上海辰华仪器有限公司型号为CHI660E电化学工作站，应用电位10mV，测定频率范围1kHz-20MHz，测定交流电导的温度为700℃，在空气气氛中测定。电导率采用如下公式计算：
式中，σ 为电解质电导率，S/cm；
h 为电解质片厚度，单位cm；
R 为电解质电阻，单位Ω；
S 为电解质片横截面积，单位cm2。
在空气气氛下700℃时电导率为0.02S/cm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。