一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，属于固体氧化物燃料电池领域。本发明针对电解质前驱体，施加不同的电场，电场强度可调，100V cm?1?400V cm?1；控制不同的限流值，其限流值的大小可调，0.6A?0.8A；制备电解质可采用两种不同的闪烧方式。本发明相比于传统的电解质制备方法具有，低的炉温要求(600?1000℃)，高的烧结速率(10?30min内烧结成相)等优点。
【专利说明】
一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，属于固体氧化物燃料电池领域。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种高效、清洁的能源转换系统，它能将燃料里的化学能直接转化为电能。并且SOFCs还具有低污染，低噪音和使用燃料广泛等优点。SOFCs由阳极、电解质、阴极、连接体、密封体等组成。SOFCs的整个电池反应过程为:阴极的氧气通过外电路得到电子，还原成O2—，之后02—通过固态电解质(氧离子传导体)传输到阳极，在阳极与燃料气发生反应，释放电子，电子通过连接体传输到外电路并传输到阴极，完成整个电池反应。因此，在整个反应过程中电解质起很大的作用。一方面，制备出的电解质纯度要高，不能存在杂相，以免影响电解质的离子电导性;另一方面，电解质要烧结致密，防止来自阴阳极的气体混合和保证电池具有一定的开路电压。
[0003]固相反应法、溶胶凝胶法、水热法、静电纺丝法、共沉淀法等方法常用来制备固体氧化物燃料电池的电解质。然而，为了制备出高纯度的电解质，用这些方法得到的电解质前驱体通常要在高温下长时间烧结。例如，用固相合成法制备BaCe0.9-xZrxY0.lOw电解质，前驱体需要在1400°C下烧结1h才可以成相；用固相合成法制备La0.8Sr0.2Ga().8Mg().203—s电解质，前驱体需要在1200 °C下烧结24h才可以成相。用高温炉将电解质烧结致密时，烧结温度高且保温时间长。例如，用固相合成法制备出的BaCe0.9-xZrxYQ.!Ow电解质，需要在1700 °C下烧结1h才能将其烧结致密；用固相合成法制备LaQ.8SrQ.2Ga().8Mg().203—s电解质，需要在1450°C下烧结15h才能将其烧结致密。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术制备电解质材料烧结温度高、反应时间较长的问题，提供一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]—种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，具体步骤如下:
[0007]步骤一、向电解质前驱体粉体中加入粘结剂，使粘结剂与电解质前驱体混合均匀、干燥后制备成型，得到电解质前驱体；
[0008]所述电解质前驱体粉体包括:电解质材料为氧化锆(ZrO2)基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为氧化铈(CeO2)基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为稀土镓酸盐LnGa03 (Ln = La，Pr，Nd)电解质前驱体粉体，或者电解质材料为B i 2Ο3基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为Ce基钙钛矿结构电解质前驱体粉体，或者电解质材料为Zr基钙钛矿结构电解质前驱体粉体，或者电解质材料为BaZr PxCexO3-S (0〈x〈 I)基电解质前驱体粉体；
[0009]所述电解质前驱体可以采用溶胶凝胶法、水热法、固相合成法、静电纺丝法、微乳液法、模板法或共沉淀法制备；
[0010]所述电解质前驱体制备成型的方法可以采用压制成型法、滚动成型法、流延成型法、注射成型法；
[0011]所述电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为50:1;
[0012]将步骤一得到的电解质前驱体按照下述两种方法中的任意一种进行闪烧制备，具体如下:
[0013]步骤二、将步骤一所得的电解质前驱体两端连接铂丝，串联到电路中；然后将电解质前驱体及与之连接的铂丝置于炉体中，从室温升至600?1000°C，开始升温的同时向电解质前驱体施加恒定电场，电场强度可调，从100V cm—1NAOOV cm—1;当温度升到600?1000°C时，保持恒定温度直至出现闪烧现象，此时电流会迅速上升，将电流密度的最大值控制在40mA mm—2?150mA mm—2;保持该恒定电流密度并保温烧结10min_30min，得到固体氧化物燃料电池电解质；
[0014]或者步骤二、将步骤一所得的电解质前驱体两端连接铂丝，串联到电路中；然后将电解质前驱体及与之连接的铂丝置于炉体中，从室温升至600?1000°C，当温度升到600?100tC时，保持恒定温度直至电解质前驱体与炉体温度一致，然后向电解质前驱体施加恒定电场，电场强度可调，从100V cm—1NAOOV cm—1直至出现闪烧现象，此时电会迅速上升，将电流密度的最大值控制在40mA mm—2?150mA mm—2;保持该恒定电流密度并保温烧结1min-30min，得到固体氧化物燃料电池电解质；
[0015]步骤二所述电场强度可调，大小为100V Cnf1-^OV cm—1;
[0016]所述粘结剂为5%的聚乙烯醇水溶液(PVA);
[0017]有益效果
[0018]本发明为一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，制备电解质所需的炉温低(600-1000°C)，电解质成相所需的时间短(10min-30min)，且在成相的同时将电解质烧结致
LU O
【附图说明】
[0019]图1为实施例1在825°C时烧结1min后BZCYYb的XRD图；
[0020]图2为实施例1在825°C时烧结1min后BZCYYb的SEM图；
[0021 ]图3为实施例2在1000°C时烧结1min后BZCYYb的XRD图；
[0022]图4为实施例2在1000°C时烧结1min后BZCYYb的SEM图；
[0023]图5为实施例3在950°C时烧结15min后BZCYYb的XRD图；
[0024]图6为实施例3在950°C时烧结15min后BZCYYb的SEM图；
[0025]图7为实施例4在875°C时烧结20min后BZCYYb的XRD图；
[0026]图8为实施例4在875°C时烧结20min后BZCYYb的SEM图；
[0027]图9为实施例5在900°C时烧结15min后8YSZ的XRD图；
[0028]图10为实施例5在900°C时烧结15min后8YSZ的SEM图；
[0029]图11为实施例6在950°C时烧结1min后LSGM的XRD图；
[0030]图12为实施例7在700°(:时烧结2011^11后0^20的乂1^图；
[0031]图13为实施例8在800°(:时烧结2511^11后30020的乂^)图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0033]实施例1
[0034]按BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.!O3 (BZCYYb)分子式的化学计量比称量Ba ⑶3、Zr02、Ce02、Y2O3、Yb2O3,加入乙醇，球磨48h，干燥后得到BZCYYb电解质前驱体粉体。向BZCYYb电解质前驱体粉体中加入质量分数为5 %的聚乙烯醇水溶液粘结剂，BZCYYb电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为50:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状BZCYYb电解质前驱体尺寸大小为25mm X 5mm X 1.5mm;然后在条状BZCYYb电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状BZCYYb电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状BZCYYb电解质前驱体置于管式炉中，以10C min—1的升温速率将炉温从室温升至825°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状BZCYYb电解质前驱体施加400V cm—1的场强；当温度升到825°C后恒定温度，经过20min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.7A，并在0.7A下恒流保温烧结lOmin，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到BZCYYb电解质。图1为烧结后BZCYYb电解质的XRD图。图2为烧结后BZCYYb电解质的SEM图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出BZCYYb电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。通过SEM图我们可以得出BZCYYb电解质已烧结致密。
[0035]实施例2
[0036]按BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.!O3 (BZCYYb)分子式的化学计量比称量Ba ⑶3、Zr02、Ce02、Y2O3、Yb2O3,加入乙醇，球磨48h，干燥后得到BZCYYb电解质前驱体粉体。向BZCYYb电解质前驱体粉体中加入质量分数为5 %的聚乙烯醇水溶液粘结剂，BZCYYb电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为50:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状BZCYYb电解质前驱体尺寸大小为25mm X 5mm X 1.5mm;然后在条状BZCYYb电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状BZCYYb电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状BZCYYb电解质前驱体置于管式炉中，以10C min—1的升温速率将炉温从室温升至1000°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状BZCYYb电解质前驱体施加100V cm—1的场强；当温度升到1000°C后恒定温度，经过35min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.75A，并在0.75A下恒流保温烧结1min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到BZCYYb电解质。图3为烧结后BZCYYb电解质的XRD图。图4为烧结后BZCYYb电解质的SEM图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出BZCYYb电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。通过SEM图我们可以得出BZCYYb电解质已烧结致密。
[0037]实施例3
[0038]按BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.!O3 (BZCYYb)分子式的化学计量比称量Ba ⑶3、Zr02、Ce02、Y2O3、Yb2O3,加入乙醇，球磨48h，干燥后得到BZCYYb电解质前驱体粉体。向BZCYYb电解质前驱体粉体中加入质量分数为5 %的聚乙烯醇水溶液粘结剂，BZCYYb电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为25:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状BZCYYb电解质前驱体尺寸大小为Φ 1mmX 1.5mm;然后在圆柱状BZCYYb电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状BZCYYb电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状BZCYYb电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至950°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向圆柱状BZCYYb电解质前驱体施加10V cm—1的场强；当温度升到950°C后恒定温度，经过40min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到6A，并在6A下恒流保温烧结15min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到BZCYYb电解质。图5为烧结后BZCYYb电解质的XRD图。图6为烧结后BZCYYb电解质的SEM图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出BZCYYb电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。通过SEM图我们可以得出BZCYYb电解质已烧结致密。
[0039]实施例4
[0040]按BaZr0.1Ce0.7Y0.1Yb0.!O3 (BZCYYb)分子式的化学计量比称量Ba ⑶3、Zr02、Ce02、Y2O3、Yb2O3,加入乙醇，球磨48h，干燥后得到BZCYYb电解质前驱体粉体。向BZCYYb电解质前驱体粉体中加入质量分数为5 %的聚乙烯醇水溶液粘结剂，BZCYYb电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为25:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状BZCYYb电解质前驱体尺寸大小为Φ 1mmX 1.5mm;然后在圆柱状BZCYYb电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状BZCYYb电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状BZCYYb电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至875°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向圆柱状BZCYYb电解质前驱体施加300V cm—1的场强；当温度升到875°C后恒定温度，经过20min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到5.5A，并在5.5A下恒流保温烧结20min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得至IjBZCYYb电解质。图7为烧结后BZCYYb电解质的XRD图。图8为烧结后BZCYYb电解质的SEM图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出BZCYYb电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。通过SEM图我们可以得出BZCYYb电解质已烧结致
LU O
[0041 ] 实施例5
[0042]按(Y2O3) 0.08( ZrC>2 )0.92分子式的化学计量比称量ZrC>2、Y203，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到8YSZ电解质前驱体粉体。向8YSZ电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，8YSZ电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状8YSZ电解质前驱体尺寸大小为25mmX5mmX1.5mm;然后在条状8YSZ电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状8YSZ电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状8YSZ电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至900°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状8YSZ电解质前驱体施加150V cm—1的场强；当温度升到900°C后恒定温度，经过40min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到
0.5A，并在0.5A下恒流保温烧结15min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到8YSZ电解质。图9为烧结后8YSZ电解质的XRD图。图10为烧结后8YSZ电解质的SEM图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出8YSZ电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。通过SEM图我们可以得出8YSZ电解质已烧结致密。
[0043]实施例6
[0044]按La0.8SrQ.2GaQ.8Mg().2(LSGM)分子式的化学计量比制备La(NO3)3,Ga(NO3)3, Sr(NO3)2,Mg(NO3)2混合溶液，在恒温磁力搅拌器中加热搅拌，搅拌的过程中向溶液中加入甘氨酸，使甘氨酸充分络合溶液中的金属离子。在不断搅拌的条件下溶液中的溶剂蒸发，溶液逐渐变成粘稠状的凝胶。然后将凝胶状的物质放入烘箱中在250°C下加热，凝胶自燃，得到LSGM电解质前驱体粉体。向LSGM电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，LSGM电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为10:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状LSGM电解质前驱体尺寸大小为Φ 1mmX 1.5mm;然后在圆柱状LSGM电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状LSGM电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状LSGM电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至950 °C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向圆柱状LSGM电解质前驱体施加200V cm—1的场强；当温度升到950°C后恒定温度，经过50min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到5.5A，并在5.5A下恒流保温烧结1min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到LSGM电解质。图11为烧结后LSGM电解质的XRD图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出LSGM电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。
[0045]实施例7
[0046]按GdQ.2CeQ.802(⑶C20)分子式的化学计量比称量Ce02、Gd203，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到GDC20电解质前驱体粉体。向GDC20电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，GDC20电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状GDC20电解质前驱体尺寸大小为25mmX5mmX1.5mm;然后在条状GDC20电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状GDC20电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状GDC20电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至700°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状GDC20电解质前驱体施加300Vcm—1的场强；当温度升到700°C后恒定温度，经过35min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.7A，并在0.7A下恒流保温烧结20min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到⑶C20电解质。图12为烧结后⑶C20电解质的XRD图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出GDC20电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。
[0047]实施例8
[0048]按Sm0.2Ce0.8Ο2 (SDC20)分子式的化学计量比称量CeC>2、S1112O3，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到SDC20电解质前驱体粉体。向SDC20电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，SDC20电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状SDC20电解质前驱体尺寸大小为25mmX5mmX1.5mm;然后在条状SDC20电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状SDC20电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状SDC20电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至800°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状SDC20电解质前驱体施加250Vcm—1的场强；当温度升到800°C后恒定温度，经过40min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.8A，并在0.8A下恒流保温烧结25min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到SDC20电解质。图13为烧结后SDC20电解质的XRD图。通过XRD图显示的特征峰我们可以得出SDC20电解质已制备出，并且由于本制备方法操作步骤少，能够尽可能的避免杂质的加入。
[0049]实施例9
[0050]按1^0.851'().26&().8]\%().2(1^6]\0分子式的化学计量比称量1^203、31'033、]\%02、6&203，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到LSGM电解质前驱体粉体。向LSGM电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，LSGM电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为25:1，研磨均勾，干燥后压制成条状，条状LSGM电解质前驱体尺寸大小为25mmX5mmX 1.5mm;然后在条状LSGM电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状LSGM电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将状LSGM电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至900°C，开始升温的同时通过800V、6A的电源向条状LSGM电解质前驱体施加150V cm—1的场强；当温度升到900°C后恒定温度，经过60min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.7A，并在0.7A下恒流保温烧结20min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到LSGM电解质。
[0051 ] 实施例10
[0052]按(￥203)0.08(21'02)().92分子式的化学计量比称量21'02、￥203，加入丁酮、乙醇、分散剂三乙醇胺，球磨24h，然后再加入聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、邻苯二甲酸甲酯，球磨24h，取出浆料，放入真空脱泡机中脱泡6h，然后进行流延，将流延后得到的素坯晾干，裁剪成条状，条状8YSZ电解质前驱体尺寸大小为25mm X 5mm X 0.5mm，然后在条状8YSZ电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状8YSZ电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状8YSZ电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至950°C，当温度达到9500C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向条状8YSZ电解质前驱体施加200V cm—1的场强，经过60min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.2A，并在0.2A下恒流保温烧结20min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到8YSZ电解质。
[0053]实施例11
[0054]首先将氧化钇溶于硝酸中，加热数分钟除去多余硝酸，然后按(Y2O3)Q.Q3(ZrO2)0.97分子式的按化学计量比将氧氯化锆、硝酸钇溶于无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，加入适量聚乙二醇作为分散剂。将混合溶液置于恒温水浴锅中加热至80°C，保温适当时间，然后将氨水缓缓滴加至混合盐溶液中，整个过程中控制体系的pH值为10左右。反应后陈化12h，然后用去离子水洗涤沉淀物数次，直至用1.0mol/L的AgNO3溶液检测不到Cl—，再用无水乙醇洗涤。将醇洗后的凝胶在鼓风干燥箱中干燥24h，得到3YSZ的前驱体粉体。向3YSZ电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，3YSZ电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为25:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状3YSZ电解质前驱体尺寸大小为25_X 5mm X I.5mm;然后在条状3YSZ电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状3YSZ电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状3YSZ电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至950°C，当温度达到950°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向条状3YSZ电解质前驱体施加250V cm—1的场强，经过80min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.65A，并在0.65A下恒流保温烧结lOmin，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到3YSZ电解质。
[0055]实施例12
[0056]按(￥203)0.03(21'02)().97分子式的化学计量比称量21'02、￥203，加入乙醇，球磨4811，干燥后得到3YSZ电解质前驱体粉体。向3YSZ电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，3YSZ电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为50:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状3YSZ电解质前驱体尺寸大小为?5mmX1.5mm;然后在圆柱状3YSZ电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状3YSZ电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状3YSZ电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至650°C，当温度达到650°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向圆柱状3YSZ电解质前驱体施加300V cm—1的场强，经过70min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到1.5A，并在1.5A下恒流保温烧结lOmin，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到3YSZ电解质。
[0057]实施例13
[0058]按GdQ.2CeQ.802(⑶C20)分子式的化学计量比称量Ce02、Gd203，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到GDC20电解质前驱体粉体。向GDC20电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，GDC20电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为25:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状GDC20电解质前驱体尺寸大小为然后在圆柱状GDC20电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状GDC20电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状GDC20电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至800°C，当温度达到800°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向圆柱状⑶C20电解质前驱体施加200V cm—1的场强，经过30min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到2A，并在2A下恒流保温烧结15min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到⑶C20电解质。
[0059]实施例14
[0060]按Gd0.1Ce0.gOK⑶C10)分子式的化学计量比称量Ce02、Gd203，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到GDClO电解质前驱体粉体。向GDClO电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，GDClO电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状GDClO电解质前驱体尺寸大小为25mm X 5mm X 1.5mm;然后在条状GDClO电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状GDClO电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状GDClO电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至800°C，当温度达到800°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向条状⑶ClO电解质前驱体施加350V cm—1的场强；当温度升到800°C后恒定温度，经过20min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.7A，并在0.7A下恒流保温烧结25min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到⑶ClO电解质。
[0061 ] 实施例15
[0062 ] 按Sm0.2Ce0.8Ο2 (SDC20)分子式的化学计量比称量CeC>2、S1112O3，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到SDC20电解质前驱体粉体。向SDC20电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，SDC20电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成条状，条状SDC20电解质前驱体尺寸大小为25mmX5mmX1.5mm;然后在条状SDC20电解质前驱体两端连接铂丝，并涂覆铂浆，保证条状SDC20电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将条状SDC20电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至850°C，当温度达到850°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向条状SDC20电解质前驱体施加250V cm—1的场强，经过30min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到0.8A，并在0.8A下恒流保温烧结15min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到SDC20电解质。
[0063]实施例16
[0064]按Sm0.2Ce0.8Ο2 (SDC20)分子式的化学计量比称量CeC>2、S1112O3，加入乙醇，球磨48h，干燥后得到SDC20电解质前驱体粉体。向SDC20电解质前驱体粉体中加入质量分数为5%的聚乙烯醇水溶液粘结剂，SDC20电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为20:1，研磨均匀，干燥后压制成圆柱状，圆柱状SDC20电解质前驱体尺寸大小为然后在圆柱状SDC20电解质前驱体上下表面连接铂丝，并涂覆铂浆、用陶瓷卡具将铂丝固定好，保证圆柱状SDC20电解质前驱体与铂丝接触良好。然后将圆柱状SDC20电解质前驱体置于管式炉中，以10°C min—1的升温速率将炉温从室温升至850°C，当温度达到850°C时等待20min，使得样品的温度与炉温一致，然后通过800V、6A的电源向圆柱状SDC20电解质前驱体施加250V cm—1的场强，经过25min发生闪烧现象；同时电流会迅速变化，控制电流上升到2A，并在2A下恒流保温烧结1min，随后切断电路并将炉温自然冷却至室温，则得到SDC20电解质。
【主权项】
1.一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一、向电解质前驱体粉体中加入粘结剂，使粘结剂与电解质前驱体混合均匀，干燥后制备成型，得到电解质前驱体； 步骤二、将步骤一所得的电解质前驱体两端连接铂丝，串联到电路中；然后将电解质前驱体及与之连接的铂丝置于炉体中，从室温升至600?1000°C，开始升温的同时向电解质前驱体施加恒定电场；当温度升到600?1000°C时，保持恒定温度直至出现闪烧现象，此时电流会迅速上升，将电流密度的最大值控制在40mA mm—2?150mA mm—2;保持该恒定电流密度并保温烧结10min-30min，得到固体氧化物燃料电池电解质。2.一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一、向电解质前驱体粉体中加入粘结剂，使粘结剂与电解质前驱体混合均匀，干燥后制备成型，得到电解质前驱体； 步骤二、将步骤一所得的电解质前驱体两端连接铂丝，串联到电路中；然后将电解质前驱体及与之连接的铂丝置于炉体中，从室温升至600?1000°C，当温度升到600?1000°C时，保持恒定温度直至电解质前驱体与炉体温度一致，然后向电解质前驱体施加恒定电场，直至出现闪烧现象，此时电流会迅速上升，将电流密度的最大值控制在40mA mm—2?150mA mm—2;保持该恒定电流密度并保温烧结10min-30min，得到固体氧化物燃料电池电解质。3.如权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:所述电解质前驱体粉体包括:电解质材料为氧化锆(ZrO2)基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为氧化铺(Ce02)基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为稀土镓酸盐LnGa03 (Ln =La，Pr，Nd)电解质前驱体粉体，或者电解质材料为Bi2O3基电解质前驱体粉体，或者电解质材料为Ce基钙钛矿结构电解质前驱体粉体，或者电解质材料为Zr基钙钛矿结构电解质前驱体粉体，或者电解质材料为BaZr1-xCex03—S(0〈x〈l)基电解质前驱体粉体。4.如权利要求3所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:所述电解质前驱体采用溶胶凝胶法、水热法、固相合成法、静电纺丝法、微乳液法、模板法或共沉淀法制备。5.如权利要求3所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:所述电解质前驱体制备成型的方法可以采用压制成型法、滚动成型法、流延成型法、注射成型法。6.如权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:所述电解质前驱体粉体与粘结剂的质量比为50:1。7.如权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:步骤二所述电场强度能够调节，大小为100V cm—1NAOOV cm—1。8.如权利要求1或2所述的一种固体氧化物燃料电池电解质的制备方法，其特征在于:所述粘结剂为5%的聚乙烯醇水溶液。
【文档编号】H01M8/1253GK106099148SQ201610580919
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月21日 公开号201610580919.1, CN 106099148 A, CN 106099148A, CN 201610580919, CN-A-106099148, CN106099148 A, CN106099148A, CN201610580919, CN201610580919.1
【发明人】王振华, 孙克宁, 张晶
【申请人】北京理工大学