本发明涉及一种低电损耗固体氧化物燃料电池的制备方法，属于新能源
技术领域：
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背景技术：
固体氧化物燃料电池（简称sofc）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下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。被普遍认为是在未来会与质子交换膜燃料电池（pemfc）一样得到广泛普及应用的一种燃料电池。固体氧化物燃料电池是一种新型发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成。单体电池只能产生1v左右电压，功率有限，为了使sofc具有实际应用可能，需要大大提高sofc的功率。为此，可以将若干个单电池以各种方式（串联、并联、混联）组装成电池组。sofc组的结构主要为：管状、平板型和整体型三种，其中平板型因功率密度高和制作成本低而成为sofc的发展趋势。固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。传统的固体氧化物燃料电池都具有三个主要的组成部分即阴极，阳极和夹在中间的电解质，这也正是它被称之为电池的原因之一。固体氧化物燃料电池对电极和电解质材料的选择有着严格的要求：阳极材料要有足够高的电子电导率以便于电子的输运和迁移；阴极材料要有足够高的电子电导率以便于电子的输运和迁移；电解质材料要求有足够高的离子电导率，但同时要求它的电子电导率尽量低，要在氧化和还原的气氛中稳定。目前固体氧化物燃料电池电极导电性能不佳导致燃料电池电损耗过高，反应所需温度过高。因此，发明一种低电损耗固体氧化物燃料电池对新能源
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对目前固体氧化物燃料电池电极导电性能不佳导致燃料电池电损耗过高，同时针对燃料电池反应所需温度过高的缺陷，提供了一种低电损耗固体氧化物燃料电池的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低电损耗固体氧化物燃料电池的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，称取5～7份氯化亚铁粉末、3～4份磷酸三乙酯粉末和30～32份质量分数为10～12%的磷酸溶液置于烧杯中，在搅拌转速为600～800r/min的条件下进行磁力搅拌20～30min，制得混合液；（2）按重量份数计，称取8～10份碳酸锂粉末、15～18份上述混合液和30～32份蒸馏水投入三口烧瓶中，以500～550r/min的转速进行磁力搅拌30～40min制得混合分散液，向三口烧瓶中加入混合分散液质量5～7%的柠檬酸和混合分散液质量8～10%的三苯甲醇晶体，以2000～2200r/min的转速进行高速搅拌，搅拌20～30min后制得反应乳液；（3）按重量份数计，称取2～3份氯化铜粉末、3.2～3.5份硝酸银粉末和30～32份无水乙醇投入锥形瓶中混合均匀得到混合浆液，将混合浆液和上述反应乳液按质量比1:5投入反应釜中，在温度为150～170℃，搅拌转速为900～1100r/min的条件下反应10～12h制得反应液；（4）向上述反应釜中加入反应液质量2.0～2.5%的硫氰化钾粉末和反应液质量3.0～3.5%的沸石粉末，在搅拌转速为200～220r/min，温度为80～90℃的条件下混合搅拌20～30min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水和无水乙醇依次清洗3～5次，清洗后放入真空烘箱中干燥，在真空度为80～100pa、温度为80～85℃的条件下烘干，烘干后放入高温炉中，在氩气保护下升高温度至650～700℃，高温煅烧18～22h，煅烧后研磨过150目筛制得混合固体，备用；（5）将上述混合固体和氧化镍按质量比3:2混合均匀置于模具中，压制成厚度为0.5～0.8mm的薄片，制得阳极支撑体材料，将氧化锆与氧化铈粉末按质量比2:1混合制得混合粉体，按重量份数计，称取10～12份碳酸乙烯酯、8～10份碳酸二乙酯和2～4份六氟磷酸锂混合均匀制得电解溶液，将电解溶液和混合粉体按质量比10:1混合置于超声振荡仪中以30～32khz的频率振荡100～120min制得混合液体；（6）将上述混合液体均匀涂刷于备用的混合固体上，重复刷涂3～6次后，于常温下晾干，晾干后放于高温炉中在温度为1000～1100℃的条件下煅烧100～120min，制得低电损耗固体氧化物燃料电池。步骤（1）中所述的磷酸溶液的质量分数为10～12%，磁力搅拌转速为600～800r/min，磁力搅拌时间为20～30min。步骤（2）中所述的三口烧瓶中的转速为500～550r/min，磁力搅拌转速为30～40min，高速搅拌转速为2000～2200r/min，搅拌时间为20～30min。步骤（3）中所述的反应釜中的温度为150～170℃，搅拌转速为900～1100r/min，反应时间为10～12h。步骤（4）中所述的反应釜中的搅拌转速为200～220r/min，温度为80～90℃，混合搅拌时间为20～30min，真空烘箱中的真空度为80～100pa、温度为80～85℃，高温炉中升高温度至650～700℃，高温煅烧时间为18～22h。步骤（5）中所述的超声振荡仪中的频率为30～32khz，振荡时间为100～120min。步骤（6）中所述的高温炉中的温度为1000～1100℃，煅烧时间为100～120min。本发明的有益技术效果是：本发明首先以氯化亚铁粉末为原料配置成混合液，再将碳酸锂粉末加入混合液中制得反应乳液，然后向反应乳液中加入氯化铜和硝酸银，混合反应制得反应液，再将反应液与硫氰化钾和沸石混合，混合后干燥煅烧制得混合固体，随后将氧化铁与氧化锆混合并与有机溶剂配合成电解溶液，最后将电解溶液刷于混合固体上干燥煅烧后制得低电损耗固体氧化物燃料电池，本发明将氯化亚铁和碳酸锂粉末混合于有机溶剂中，在亚铁离子和锂离子沉淀结晶的过程中，加入硫酸铜和硝酸银，铜离子将铁离子进行同晶取代，同时银离子将锂离子进行同晶取代，取代后的铁离子和锂离子进入有机相中，使原有的晶格上由于同晶取代产生空穴，空穴的产生有利于电子的移动，增强了燃料电池的导电效果，本发明制得的电池电极由于铜离子对铁离子、银离子对镍离子产生的同晶取代，同时有机溶剂对金属离子的扩散起到推动作用，使离子移动更加简单，使固体氧化物燃料电池反应所需温度降低，增强导电性能，具有广阔的应用前景。具体实施方式按重量份数计，称取5～7份氯化亚铁粉末、3～4份磷酸三乙酯粉末和30～32份质量分数为10～12%的磷酸溶液置于烧杯中，在搅拌转速为600～800r/min的条件下进行磁力搅拌20～30min，制得混合液；按重量份数计，称取8～10份碳酸锂粉末、15～18份上述混合液和30～32份蒸馏水投入三口烧瓶中，以500～550r/min的转速进行磁力搅拌30～40min制得混合分散液，向三口烧瓶中加入混合分散液质量5～7%的柠檬酸和混合分散液质量8～10%的三苯甲醇晶体，以2000～2200r/min的转速进行高速搅拌，搅拌20～30min后制得反应乳液；按重量份数计，称取2～3份氯化铜粉末、3.2～3.5份硝酸银粉末和30～32份无水乙醇投入锥形瓶中混合均匀得到混合浆液，将混合浆液和上述反应乳液按质量比1:5投入反应釜中，在温度为150～170℃，搅拌转速为900～1100r/min的条件下反应10～12h制得反应液；向上述反应釜中加入反应液质量2.0～2.5%的硫氰化钾粉末和反应液质量3.0～3.5%的沸石粉末，在搅拌转速为200～220r/min，温度为80～90℃的条件下混合搅拌20～30min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水和无水乙醇依次清洗3～5次，清洗后放入真空烘箱中干燥，在真空度为80～100pa、温度为80～85℃的条件下烘干，烘干后放入高温炉中，在氩气保护下升高温度至650～700℃，高温煅烧18～22h，煅烧后研磨过150目筛制得混合固体，备用；将上述混合固体和氧化镍按质量比3:2混合均匀置于模具中，压制成厚度为0.5～0.8mm的薄片，制得阳极支撑体材料，将氧化锆与氧化铈粉末按质量比2:1混合制得混合粉体，按重量份数计，称取10～12份碳酸乙烯酯、8～10份碳酸二乙酯和2～4份六氟磷酸锂混合均匀制得电解溶液，将电解溶液和混合粉体按质量比10:1混合置于超声振荡仪中以30～32khz的频率振荡100～120min制得混合液体；将上述混合液体均匀涂刷于备用的混合固体上，重复刷涂3～6次后，于常温下晾干，晾干后放于高温炉中在温度为1000～1100℃的条件下煅烧100～120min，制得低电损耗固体氧化物燃料电池。按重量份数计，称取5份氯化亚铁粉末、3份磷酸三乙酯粉末和30份质量分数为10%的磷酸溶液置于烧杯中，在搅拌转速为600r/min的条件下进行磁力搅拌20min，制得混合液；按重量份数计，称取8份碳酸锂粉末、15份上述混合液和30份蒸馏水投入三口烧瓶中，以500r/min的转速进行磁力搅拌30min制得混合分散液，向三口烧瓶中加入混合分散液质量5%的柠檬酸和混合分散液质量8%的三苯甲醇晶体，以2000r/min的转速进行高速搅拌，搅拌20min后制得反应乳液；按重量份数计，称取2份氯化铜粉末、3.2份硝酸银粉末和30份无水乙醇投入锥形瓶中混合均匀得到混合浆液，将混合浆液和上述反应乳液按质量比1:5投入反应釜中，在温度为150℃，搅拌转速为900r/min的条件下反应10h制得反应液；向上述反应釜中加入反应液质量2.0%的硫氰化钾粉末和反应液质量3.0%的沸石粉末，在搅拌转速为200r/min，温度为80℃的条件下混合搅拌20min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水和无水乙醇依次清洗3次，清洗后放入真空烘箱中干燥，在真空度为80pa、温度为80℃的条件下烘干，烘干后放入高温炉中，在氩气保护下升高温度至650℃，高温煅烧18h，煅烧后研磨过150目筛制得混合固体，备用；将上述混合固体和氧化镍按质量比3:2混合均匀置于模具中，压制成厚度为0.5mm的薄片，制得阳极支撑体材料，将氧化锆与氧化铈粉末按质量比2:1混合制得混合粉体，按重量份数计，称取10份碳酸乙烯酯、8份碳酸二乙酯和2份六氟磷酸锂混合均匀制得电解溶液，将电解溶液和混合粉体按质量比10:1混合置于超声振荡仪中以30khz的频率振荡100min制得混合液体；将上述混合液体均匀涂刷于备用的混合固体上，重复刷涂3次后，于常温下晾干，晾干后放于高温炉中在温度为1000℃的条件下煅烧100min，制得低电损耗固体氧化物燃料电池。按重量份数计，称取6份氯化亚铁粉末、3份磷酸三乙酯粉末和31份质量分数为11%的磷酸溶液置于烧杯中，在搅拌转速为700r/min的条件下进行磁力搅拌25min，制得混合液；按重量份数计，称取9份碳酸锂粉末、17份上述混合液和31份蒸馏水投入三口烧瓶中，以520r/min的转速进行磁力搅拌35min制得混合分散液，向三口烧瓶中加入混合分散液质量6%的柠檬酸和混合分散液质量9%的三苯甲醇晶体，以2100r/min的转速进行高速搅拌，搅拌25min后制得反应乳液；按重量份数计，称取2份氯化铜粉末、3.4份硝酸银粉末和31份无水乙醇投入锥形瓶中混合均匀得到混合浆液，将混合浆液和上述反应乳液按质量比1:5投入反应釜中，在温度为160℃，搅拌转速为1000r/min的条件下反应11h制得反应液；向上述反应釜中加入反应液质量2.2%的硫氰化钾粉末和反应液质量3.2%的沸石粉末，在搅拌转速为210r/min，温度为85℃的条件下混合搅拌25min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水和无水乙醇依次清洗4次，清洗后放入真空烘箱中干燥，在真空度为85pa、温度为82℃的条件下烘干，烘干后放入高温炉中，在氩气保护下升高温度至670℃，高温煅烧20h，煅烧后研磨过150目筛制得混合固体，备用；将上述混合固体和氧化镍按质量比3:2混合均匀置于模具中，压制成厚度为0.7mm的薄片，制得阳极支撑体材料，将氧化锆与氧化铈粉末按质量比2:1混合制得混合粉体，按重量份数计，称取11份碳酸乙烯酯、9份碳酸二乙酯和3份六氟磷酸锂混合均匀制得电解溶液，将电解溶液和混合粉体按质量比10:1混合置于超声振荡仪中以31khz的频率振荡110min制得混合液体；将上述混合液体均匀涂刷于备用的混合固体上，重复刷涂5次后，于常温下晾干，晾干后放于高温炉中在温度为1050℃的条件下煅烧110min，制得低电损耗固体氧化物燃料电池。按重量份数计，称取7份氯化亚铁粉末、4份磷酸三乙酯粉末和32份质量分数为12%的磷酸溶液置于烧杯中，在搅拌转速为800r/min的条件下进行磁力搅拌30min，制得混合液；按重量份数计，称取10份碳酸锂粉末、18份上述混合液和32份蒸馏水投入三口烧瓶中，以550r/min的转速进行磁力搅拌40min制得混合分散液，向三口烧瓶中加入混合分散液质量7%的柠檬酸和混合分散液质量10%的三苯甲醇晶体，以2200r/min的转速进行高速搅拌，搅拌30min后制得反应乳液；按重量份数计，称取3份氯化铜粉末、3.5份硝酸银粉末和30～32份无水乙醇投入锥形瓶中混合均匀得到混合浆液，将混合浆液和上述反应乳液按质量比1:5投入反应釜中，在温度为170℃，搅拌转速为1100r/min的条件下反应12h制得反应液；向上述反应釜中加入反应液质量2.5%的硫氰化钾粉末和反应液质量3.5%的沸石粉末，在搅拌转速为220r/min，温度为90℃的条件下混合搅拌30min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水和无水乙醇依次清洗5次，清洗后放入真空烘箱中干燥，在真空度为100pa、温度为85℃的条件下烘干，烘干后放入高温炉中，在氩气保护下升高温度至700℃，高温煅烧22h，煅烧后研磨过150目筛制得混合固体，备用；将上述混合固体和氧化镍按质量比3:2混合均匀置于模具中，压制成厚度为0.8mm的薄片，制得阳极支撑体材料，将氧化锆与氧化铈粉末按质量比2:1混合制得混合粉体，按重量份数计，称取12份碳酸乙烯酯、10份碳酸二乙酯和4份六氟磷酸锂混合均匀制得电解溶液，将电解溶液和混合粉体按质量比10:1混合置于超声振荡仪中以32khz的频率振荡120min制得混合液体；将上述混合液体均匀涂刷于备用的混合固体上，重复刷涂6次后，于常温下晾干，晾干后放于高温炉中在温度为1100℃的条件下煅烧120min，制得低电损耗固体氧化物燃料电池。对比例以潍坊某公司生产的低电损耗固体氧化物燃料电池作为对比例对本发明制得的低电损耗固体氧化物燃料电池和对比例中的低电损耗固体氧化物燃料电池进行性能检测，检测结果如表1所示：测试方法：反应所需温度测试采用电池测试仪进行检测。电子电导率测试采用电导率检测仪进行检测。介电常数测试采用介电常数测试仪进行检测。介电损耗测试采用介损仪进行检测。表1固体氧化物燃料电池性能测定结果测试项目实例1实例2实例3对比例反应所需温度（℃）420410400750电子电导率（s/cm2）1.806×10-51.813×10-51.825×10-51.105×10-6介电常数1512940介电损耗（kv/mm）0.0080.0060.0050.020根据上述中数据可知本发明制得的低电损耗固体氧化物燃料电池反应所需温度低，达到400℃，电导率高，导电性好，电池电损耗低，具有广阔的应用前景。当前第1页12