[發(fā)明專利]固體氧化物電解池陽極阻擋層納米粉體及阻擋層制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910077079.7
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101475377A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔江榕;張勇;鄧長生;徐景明
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;C25B9/08;C25B1/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機材料制備領(lǐng)域，涉及一種固體氧化物電解池陽極阻擋層納米 粉體及阻擋層制備方法。

技術(shù)背景

固體氧化物電解池(SOEC)是一種全陶瓷膜的電解池，工作在高溫下，分 解水所需要的部分電能由熱能代替，故電解效率很高，并且成本也不高。利用高 溫SOEC電解水制氫是目前國際上最具有吸引力的制氫方法之一。

目前國際上普遍采用釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作為SOEC的電解質(zhì)。而ZrO₂基電解質(zhì)在高溫下與氧電極反應(yīng)生成高阻抗相Sr₂ZrO₄(SZO)或La₂Zr₂O₇(LZO) 等，為了避免這一反應(yīng)，引入在制備溫度和操作溫度下都不會同氧電極以及電解 質(zhì)反應(yīng)的CeO₂基材料作為阻擋層。

CeO₂與YSZ一樣是具有螢石型結(jié)構(gòu)的氧化物，以稀土金屬氧化物(La₂O₃， Gd₂O₃，Sm₂O₃，Y₂O₃等)以適當(dāng)?shù)臐舛葥诫s引入氧離子空位后，CeO₂離子電導(dǎo) 率顯著提高，成為氧離子的良導(dǎo)體。以摻雜的CeO₂作為電極/電解質(zhì)間的阻擋層， 不僅能抑制電極/電解質(zhì)界面反應(yīng)和元素擴散，阻止高阻抗反應(yīng)產(chǎn)物的生成，而且 因為該阻擋層材料的熱膨脹系數(shù)介于電極和電解質(zhì)之間，還可以改善兩者之間的 熱膨脹匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種固體氧化物電解池陽極阻擋層納米粉體的制備方法，其特征 在于，所述固體氧化物電解池陽極材料阻擋層納米粉體制備，其目的粉體通式為 M_xCe_1-xO_2-δ，其中x＝0～0.5，M為La、或Sm、或Gd，具體步驟如下：

(1)按M_xCe_1-xO_2-δ化學(xué)計量比，用La和Ce組分的無機原料，或者Sm和 Ce組分的無機原料，或者Gd和Ce組分的無機原料配制混合鹽溶液；

(2)在上述混合鹽溶液中加入有機絡(luò)合劑，有機絡(luò)合劑與金屬離子總摩爾數(shù) 之比為1.0～2.5∶1；

(3)以氨水調(diào)節(jié)pH值為8～9，60℃～80℃下混合均勻形成溶膠；

(4)將上步所得溶膠在攪拌下加熱，形成凝膠，干燥，得干凝膠；

(5)將干凝膠在電爐上加熱點燃，自蔓延反應(yīng)瞬間完成，生成蓬松的粉末；

(6)將上步所得蓬松的粉末在550℃～1000℃下焙燒，得到固體氧化物電解池 陽極阻擋層M_xCe_1-xO_2-δ納米粉體。

所述步驟(1)中La的無機原料是La(NO₃)₃·6H₂O，Ce的無機原料是 Ce(NO₃)₃·6H₂O，Sm的無機原料是Sm(NO₃)₃·6H₂O，Gd的無機原料是 Gd(NO₃)₃·6H₂O。

所述步驟(2)中有機絡(luò)合劑為檸檬酸或乙二胺四乙酸或甘氨酸或尿素。

本發(fā)明還提供了一種固體氧化物電解池陽極阻擋層的制備方法，其特征在 于，包括以下制備步驟：

(41)將M_xCe_1-xO_2-δ阻擋層粉體以200目篩網(wǎng)過篩，再與有機粘結(jié)劑混合， 研磨成糊狀，得到阻擋層絲網(wǎng)印刷漿料；

(42)在絲網(wǎng)印刷機上將上述阻擋層絲網(wǎng)印刷漿料涂敷在電解質(zhì)基片表面得 到阻擋層涂層，在60℃～120℃、空氣氣氛中干燥24h；

(43)在1200℃～1500℃、空氣氣氛條件下燒結(jié)2～8h，即得到固體氧化物電 解池陽極阻擋層。

所述步驟(41)中的有機粘結(jié)劑為松油醇和乙基纖維素按質(zhì)量比19∶1配制 的混合物。

所述步驟(42)中的電解質(zhì)為釔穩(wěn)定氧化鋯。