一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固体电解质的制备领域，具体设及一种中溫固体氧化物燃料电池电解 质及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 能源是一个国家国民经济发展的命脉，也是衡量文明发达程度、人民生活水平和 国家综合国力的重要指标。近年来，我国国力突飞猛进，对能源的需求也与日剧增。目前使 用较多的化石燃料(如石油、煤炭)不仅燃烧效率较低，会对环境造成污染且不可持续发展， 因而新能源的发展需求迫在眉睫。固体氧化物燃料电池(SOFC)通过电化学反应过程使化石 类燃料中的化学能直接转化为电能，由于没有燃烧和机械过程，SOFC不受卡诺循环影响，极 高的提高了能量的转化效率，避免或减少了NOx、SOxXOx W及粉尘等污染物的产生;SOFC的 工作溫度在600 °C~1000 °C，其副广品是局品质的热和水黒气，在热-电联供的情况下，能量 利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统。因而SOFC被公认为是最具发展前景的电 池之一。
[0003] 传统SOFC的工作溫度位于900~1000°C之间，较高的工作溫度在电池的运行过程中 会促进电池各部件间的相互反应和扩散，降低电池的使用寿命，运样必然对电极材料和连 接件等材料的性能提出更高的要求，造成生产的成本上升，限制了SOFC的商业化发展。因 此，要使SOFC商业化发展，就需要降低SOFC工作溫度，开发中低溫SOFC已成为必然趋势。在 SOFC系统中，电解质是电池的粉。，电解质的性能直接决定着SOF地池的工作溫度和性能。 传统的电解质已无法适用于中低溫条件，因此就必须寻求在中低溫下具有高电导率的电解 质。本发明的电解质在中低溫的使用条件下，导电率高；用该电解质制成的单电池的电池的 输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种中溫固体氧化物燃料电池电解 质及其制备方法。采用硝酸盐凝胶燃烧法制备，电解质的相对致密度达到100%;在潮湿的空 气气氛(3%也0)下700°C时电导率为O.OlS/cm。
[0005] -种中溫固体氧化物燃料电池电解质，其为化学式为Ceo.sGdo.osIno.02化.95的固体 氧化物粉末。
[0006] -种制备如上所述中溫固体氧化物燃料电池电解质的方法，具体步骤为： 1) 按〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日化学计量比称取〔6(^)3)3.6也0、111(^)3)3.4.5也0和6(12〇3， 并按巧樣酸与金属阳离子的摩尔比为2:1，称取巧樣酸； 2) 将Ce(N〇3)3 ?細2〇，In(N〇3)3 ? 4.甜2〇和巧樣酸加入蒸馈水溶解，得溶液1; 3) 将Gd2〇3用稀硝酸溶解，得溶液2; 4) 将溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，调节pH值为7; 5) 将步骤4)得到的混合溶液放入揽拌器中加热至45°C，在45°C下连续揽拌，并在揽拌 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°C ± 10°C，保溫3±0.1小时，自然冷却，形成〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.95电 解质粉末； 8) 将制成的Ceo.9Gdo.〇8ln〇.〇2〇i.95粉末放入模具中，在400MPa的压力下，制成圆片，将圆 片W每分钟3°C的加热速度加热到1300°C±l(rC保溫3±0.1小时，得到所需要的电解质圆 片。
[0007] 步骤4 )所述的氨水浓度为15wt%-20wt%。
[000引本产品的有益效果在于： 1) 本发明采用硝酸盐凝胶燃烧法制备，电解质的相对致密度达到100%;在潮湿的空气 气氛(3%出0)下700 °C时电导率为0.01 S/cm; 2) 所制得的电解质在中溫(600°C-800°C)范围内具有较高的电导率；电解质片的烧结 溫度低，对设备要求低，更加节能。
【附图说明】
[0009] 图1为〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日的邸0图谱；由图可知：〔6日.96(1日.日8111日.日2〇1.9日是蛋石结构； 图2为Ceo.sGdo.osIn日.日2〇1.9日的电导率与测试溫度的关系曲线；由图可知：随着测试溫度 的升高，电导率提高，表现为离子电导特性;在700°C下的电导率为0.0 l 2S/cm。
【具体实施方式】
[0010] 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。
[0011] 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1 300°c下烧结3小时后的所得的 Ceo.9Gdo.〇8ln日.日2〇1.9日电解质圆片两面涂上银浆，然后于650°C赔烧化后制得银电极。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WAY肥KERR公司型号为WK6540A 交流阻抗仪，应用电位1 OmV，测定频率范围0.1 kHZ-mZ，测定交流电导的溫度为700°C，在空 气气氛中测定。电导率采用如下公式计算：
式中，O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Q ; S为电解质片横截面积，单位cm2。
[0012] 700°C 时的电导率为 0.012S/cm。
[001引实施例1 1摩尔的Ceo. gGdo. 081 no.日201.9日的制备： 称取0.02摩尔的In(N03)3 ? 4.甜20:0.02*381.92= 7.6384克， 称取0.9摩尔 Ce(N03)3 ?細20: 0.9*434.22 = 390.798克， 称取0.04摩尔的Gd203: 0.04*362.5=14.5克， 称取巧樣酸:4巧10.14=840.56克； 将Ce(N03)3 ?細20和巧樣酸W及In(N03)3 ? 4.甜20加入蒸馈水溶解，得溶液1; 用稀硝酸将Gcb03溶解为硝酸盐，得溶液2; 将溶液1和溶液2倒入一起，滴加氨水调节pH值为7; 将混合溶液放入揽拌器中加热至45°C，在45°C下连续揽拌，并在揽拌过程中通过加氨 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°C，保溫3小时，自然冷却，形成Ce0.9Gd().()8ln().()20i.95粉末； 圆片的制备：将所制成的〔日日.96(1日.日8111日.日2化.9日粉末放入模具中，在4001?3的压力下，审。 成圆片，将圆片W每分钟3°C的加热速度加热到1300°C保溫3小时，得到所需要的电解质圆 片。
[0014] W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。
【主权项】
1. 一种中温固体氧化物燃料电池电解质，其特征在于：所述的电解质为化学式为 Ceo. gGdo. 〇8?η〇. 〇2〇ι. 95 的固体氧化物。2. -种制备如权利要求1所述中温固体氧化物燃料电池电解质的方法，其特征在于:具 体步骤为： 1) 按06().96(1().()8111().()20 1.95化学计量比称取〇6(^)3)3?6!120、111(勵 3)3?4.5!120和6(1203，并 按柠檬酸与金属阳离子的摩尔比为2:1，称取柠檬酸； 2) 将Ce(N03)3 · 6Η20，Ιη(Ν03)3 · 4.5H20和柠檬酸加入蒸馏水溶解，得溶液1; 3 )将Gd2〇3用稀硝酸溶解，得溶液2; 4) 将溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，调节pH值为7; 5) 将步骤4)得到的混合溶液放入搅拌器中加热至45°C，在45°C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°C±10°C，保温3±0.1小时，自然冷却，形成Ceo.gGdo.QsInoiOii电 解质粉末； 8) 将制成的Ceo.Wdo.osIno.t^Ou粉末放入模具中，在400MPa的压力下，制成圆片，将圆 片以每分钟3°C的加热速度加热到1300°C ± 10°C保温3 ±0.1小时，得到所需要的电解质圆 片。3. 根据权利要求2所述中温固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:步骤 4 )所述的氨水浓度为15wt%_20wt%。
【专利摘要】本发明属于固体电解质的制备领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。所述的电解质为化学式为Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固体氧化物粉末。本发明采用硝酸盐凝胶燃烧法制备该电池电解质，相对致密度达到100%；该电解质在潮湿的空气气氛（3%H2O）下700℃时离子电导率为0.01S/cm。
【IPC分类】H01M8/1016
【公开号】CN105633439
【申请号】CN201610010037
【发明人】彭开萍, 陈嘉翔, 刘杭
【申请人】福州大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月8日