一种双掺杂中温固体氧化物燃料电池电解质的制作方法

文档序号:11203568阅读:847来源:国知局
一种双掺杂中温固体氧化物燃料电池电解质的制造方法与工艺

本发明属于固体电解质的制备领域,具体涉及一种双掺杂中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。



背景技术:

随着全球工业的发展及人口的迅速增长,地球上的资源将越来越短缺。美国能源信息署(eia)统计结构显示,2010年世界能源需求量已达到106亿吨油当量,据预测,2025年将达到136.5亿吨油当量。而传统的发电方式大多是由石油、天然气等化石能源中的化学能通过燃烧转化为热能,再由热能推动机械设备产生机械能,最终转换为电能。这种能源转换不但受到卡诺循环的限制,还会产生大量粉尘、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物质及噪音;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温下的电导率高,可满足中温sofc的使用条件。



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

制备la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)复合电解质,其相对致密度达到98%;在空气气氛下750℃时电导率为4.01×10-2s/cm。

所述lgymo电池电解质的制备方法:

1.la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)的制备:

1)按照化学计量比用分析天平准确称量原料la2o3、moo3、gd2o3、y(no3)3·6h2o、络合剂柠檬酸;并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸;

2)la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解,moo3滴加氨水溶解;

3)y(no3)3·6h2o和柠檬酸用去离子水溶解;

4)混合以上溶液并搅拌均匀,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70℃,在70℃下连续搅拌,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)在600℃煅烧30分钟去有机物,然后在800℃±10℃煅烧5±0.1小时,形成lgym粉末。

2.将制成的lgymo粉末放入模具中,在300mpa的压力下,制成圆片,将圆以每分钟3℃的加热速度加热到1100℃±10℃保温5±0.1小时,得到所需要的电解质圆片。

本发明的显著优点在于:

本发明制得的电解质的使用温度在中温(600℃-800℃)范围内具有高电导率,其相对致密度达到98%以上;该电解质在空气气氛下750℃时离子电导率达到4.01×10-2s/cm,用于中温固体氧化物燃料电池。

附图说明

图1la1.8gd0.1y0.1mo2o9电解质的电导率与测试温度的关系曲线。

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

la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)制备方法

1)按照化学计量比用分析天平准确称量原料la2o3、moo3、gd2o3、y(no3)3·6h2o、络合剂柠檬酸[n(ca):n(金属阳离子)=1.5:1];

2)la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解,moo3滴加氨水溶解;

3)y(no3)3·6h2o和柠檬酸用去离子水溶解;

4)混合以上溶液并搅拌均匀,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70℃,在70℃下连续搅拌,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)在600℃煅烧30分钟去有机物,然后在800℃±10℃煅烧5±0.1小时,形成lgymo粉末。

具体的:

100克la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)的制备:

1)制备1摩尔la1.9y0.1mo2o9:

称取1.8摩尔的la2o3:1.8*325.81=586.46克

称取2摩尔的moo3:2*143.95=287.9克

称取0.1摩尔的gd2o3:0.1*362.5=36.25克

称取0.1摩尔的y(no3)3·6h2o:0.1*383.01=38.3克

称取1.5摩尔的柠檬酸:1.5*210.14=315.21克

la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解,moo3滴加氨水溶解,y(no3)3·6h2o和柠檬酸用去离子水溶解;混合以上溶液并搅拌均匀;放入水浴锅中加热至70℃,在70℃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;

将粉末在600℃煅烧30min去除有机物,然后在800℃煅烧5小时,形成lgymo粉末。

2)称取100克lgymo研磨充分且均匀。

实施例2

圆片的制备:将实施例1制备成的lgymo粉末放入模具中,在300mpa的压力下,制成直径为13mm±0.1mm、厚度0.5mm±0.1mm的圆片,将圆片以每分钟3℃的加热速度加热到1100℃±10℃保温5±0.1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1100℃下烧结5小时后的所得的la1.8gd0.1y0.1mo2o9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750℃,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

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