专利名称：一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。
背景技术：
燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于不经过燃烧，没有卡诺循环的限制，因此能量转换的效率大大提高，而且反应的主要排放物为水，污染比较小。它具有高效、环境友好、适用燃料范围广、寿命长等一系列独特的优点。全球对能源的需求日益扩大，并逐渐重视环境恶化的问题，传统的能源体系将无法适应社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，能源的发展将面临巨大的挑战，因此燃料电池将成为二十一世纪重要的能源装置。传统的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称S0FC)的操作温度偏高(850-1000°C )，对电解质、电极、连接件等材料性能要求很高，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已成为的必然趋势。在SOFC系统中，SOFC中电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着电池的工作温度和性能。
发明内容
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新型BaCe^YMGc^^ja电解质，其相对致密度达到100% ;在空气下700°C _800°C时离子电导率为4.7mS/cnTl0mS/ cm,高于用相同硝酸盐凝胶燃烧法制备的常用电解质Cea 8Gda 202_s的电导率。本发明的电解质在中温的使用条件下，导电率高；用该电解质制成的单电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。本发明具体内容为
一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其为一种具有表不为BaCeuGda2Ya2O4.;^的组成的固体氧化物，其中0.1>α >0。其制备方法为:
1)按照 BaCeh6Gda2Ya2O4Ja 中金属阳离子摩尔比称取 Ba (NO3) 2、Ce (NO3) 3.6Η20、6(1203、Y(NO3)3.6Η20，并按摩尔比乙二胺四乙酸:梓檬酸:金属阳离子=4:11:6称取乙二胺四乙酸和朽1檬酸。2)将称好的Gd203、Ce (NO3) 3.6H20、Y (NO3) 3.6H20混合，加稀硝酸直至全部溶解；
3)将Ba(NO3)2、乙二胺四乙酸、柠檬酸混合，加氨水直至全部溶解；
4)将上述两种溶液倒入一起，滴加氨水调节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°C，在70°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白色氧化物粉
末；7)将白色氧化物粉末加热至1000°C ±10°C，保温5±0.1小时，自然冷却，得到BaCe1.6Gd。.2Υ。.204.9_α。其中稀硝酸的浓度为10%_15wt%，氨水浓度为15%_20wt%。—种新型中温固体氧化物燃料电池电解质制备而成的电解质圆片。电解 质圆片其制备方法为:在300MPa的压力下，将所述新型中温固体氧化物燃料电池电解质放入模具中制成圆片，将圆片以每分钟3°C的加热速度1550±5°C保温5±0.1小时，冷却到室温，得到电解质圆片。 电解质圆片在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用。本产品的优点及用途:
优点:使用温度在中温(700°C _800°C)范围内具有较高的电导率、较高的功率密度。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1550 °C下烧结5小时后的所得的BaCeL6Gd0.2Y0.204.9-a电解质圆片两面涂上银浆，然后于600°C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WAYNE KERR公司型号为WK6540A交流阻抗仪，应用电位10mV，测定频率范围lkHZ_20MHZ，测定交流电导的温度范围为700-800°C，在空气气氛中测定。电导率采用如下公式计算:
权利要求
1.一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其为一种具有表示为BaCe1.6Gd0 2Y0 204.9_a的组成的固体氧化物，其中0.1>α >0。
2.如权利要求所述的一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其特征在于其制备方法为:1)按照BaCeL6Gd0.2Y0.204.9-a 中金属阳离子摩尔比称取 Ba(NO3)2、Ce (NO3) 3.6Η20、6(1203、Y(NO3)3.6Η20，并按摩尔比乙二胺四乙酸:梓檬酸:金属阳离子=4:11:6称取乙二胺四乙酸和朽1檬酸； 2)将称好的Gd203、Ce(NO3) 3.6H20、Y (NO3) 3.6H20混合，加稀硝酸直至全部溶解； 3)将Ba(NO3)2、乙二胺四乙酸、柠檬酸混合，加氨水直至全部溶解； 4)将上述两种溶液倒入一起，滴加氨水调节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°C，在70°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白色氧化物粉末； 7)将白色氧化物粉末加热至1000°C±10°C，保温5±0.1小时，自然冷却，得到BaCe1.6Gd。.2Υ。.204.9_α。
3.如权利要求所述的一种一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其特征为稀硝酸的浓度为10%-15wt%，氨水浓度为15%-20wt%。
4.一种由如权利要求1所述的一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质制备而成的电解质圆片。
5.—种如权利要求4所述的电解质圆片，其制备方法为:在300MPa的压力下，将所述新型中温固体氧化物燃料电池电解质放入模具中制成圆片，将圆片以每分钟:TC的加热速度1550±5°C保温5±0.1小时，冷却到室温，得到电解质圆片。
6.如权利要求4所述的电解质圆片，其特征在于在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其为一种具有表示为BaCe1.6Gd0.2Y0.2O4.9-α的组成的固体氧化物，其中0.1>α>0。该电解质相对致密度达到100%；该电解质在空气下800℃时离子电导率为0.01S/cm。具有较好的电化学性能。
文档编号H01M8/10GK103165929SQ20131009781
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月23日 优先权日2013年3月23日
发明者彭开萍, 林冬, 党琦 申请人:福州大学