[發(fā)明專利]一種基于氧化鋯基氧化物的復合電解質(zhì)材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210109408.3
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN103378364A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 佟澤;尹屹梅;馬紫峰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中聚佳華電池科技有限公司;上海交通大學
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于固體氧化物燃料電池的復合電解質(zhì)材料。

背景技術(shù)

固體氧化物燃料電池(SOFCs)是一種清潔、高效的新型能源裝換裝置，由于其對燃料的適應性強，不需要使用貴金屬作為催化劑和可熱點電聯(lián)連用等優(yōu)點而備受關(guān)注。常用的固體氧化物燃料電池電解質(zhì)包括氧化鋯基氧化物、離子摻雜二氧化鈰以及摻雜的鎵酸鑭等。

傳統(tǒng)SOFCs采用氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作為電解質(zhì)，材料氧化還原穩(wěn)定性好、燒結(jié)致密性好、機械強度高、電池開路電壓較高。但由于受到氧化鋯基電解質(zhì)材料在較低問題(＜800℃)氧離子電導率較低的限制，SOFCs的工作溫度一般在1000℃左右。Jeffrey?W.Fergus在《電源技術(shù)(Joumal?of?Power?Sources，162，30-40，2006)報道了，隨著溫度的降低，氧化鋯基電解質(zhì)電導率迅速下降，400-600℃時比氧化鈰基電解質(zhì)低超過一個數(shù)量級。長時間的高溫高作工作，往往會導致電池組件之間的反應、熱膨脹系數(shù)不匹配等問題，也嚴重限制了電池組件及外圍設備材料的選擇，使其成本居高不下。另外，S.Souza等在《電化學學會雜志》(Joumal?of?the?Electrochemical?Society，144，L35-L37，1997)報道了以氧化鋯基電解質(zhì)制備的電池雖然開路電壓較高，但隨著電流密度的增加，輸出電壓迅速下降，導致電池輸出功率的降低。導致氧化鋯基電解質(zhì)材料在固體氧化物燃料電池中的應用受到嚴重的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化鋯基氧化物的復合電解質(zhì)材料，既可以保持氧化鋯基電解質(zhì)性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點，同時又能提高氧離子傳導能力，提高燃料電池性能；制備工藝簡單，降低成本。

基于氧化鋯基氧化物的復合電解質(zhì)材料，該復合電解質(zhì)是由下列組分混合物經(jīng)熱處理后充分研磨并燒結(jié)而成：

氧化鋯或氧化物穩(wěn)定的氧化鋯????50～99wt％

一種或一種以上的無機鹽????????0～50wt％

一種或一種以上的其他氧化物或摻雜氧化物????1～50wt％

其中所述的氧化物穩(wěn)定的氧化鋯中氧化物為：氧化鈧、氧化鈦、氧化釩、氧化釔、氧化鈮、氧化鉬、氧化鑭，該氧化物與氧化鋯形成固溶體；

其中所述的無機鹽為：硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鎂、硅酸鈣、硅酸鍶、硅酸鋇、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸鎂、磷酸鈣、磷酸鍶、磷酸鋇、硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鍶、硫酸鋇、

其中所述的其他氧化物為：氧化鋰、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈣、氧化錳、氧化鐵、氧化鈷、氧化鎳、氧化銅、氧化鋅、氧化鎵、氧化鍺、氧化鉍、氧化鍶、氧化鋇、氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化釤、氧化釓、氧化鏑，所述的摻雜氧化物為所述其他氧化物經(jīng)離子摻雜形成的氧化物。

其中所述的燒結(jié)溫度在500-1500℃之間。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

一、本發(fā)明的基于氧化鋯基氧化物復合電解質(zhì)材料與單相的氧化鋯基材料相比，用其制備固體氧化物燃料電池的成本大為降低，有望實現(xiàn)SOFC的低成本商品化。

二、本發(fā)明的基于氧化鋯基氧化物的復合電解質(zhì)材料，不但可以保持氧化鋯基電解質(zhì)穩(wěn)定、致密、電池開路電壓較高等優(yōu)點，同時又能提高氧離子電導率，800℃時電導率為0.5～1.0Scm-1，改善了隨著電流密度的增加，輸出電壓迅速下降等問題，可提高SOFC燃料電池性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明材料的X-射線衍射圖

圖2為本發(fā)明材料與YSZ作為電解質(zhì)制備的電池的電流電壓曲線

圖3為本發(fā)明材料與YSZ電解質(zhì)電導率隨溫度變化阿倫尼烏斯曲線

具體實施方式

本發(fā)明是用氧化鋯，或者氧化物穩(wěn)定的氧化鋯粉末與無機鹽，或者其他氧化物粉末按一定比例均勻混合，混合樣品經(jīng)熱處理后，研磨即可使用。也可以根據(jù)需要，在氧化鋯，或者氧化物穩(wěn)定的氧化鋯粉末與無機鹽混合的基礎上，再加入一定比例的其他氧化物，如氧化鋰、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鈣、氧化錳、氧化鐵、氧化鈷、氧化鋅、氧化鉍。

下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明。

實施例1

取8.0g氧化物穩(wěn)定的氧化鋯粉體(80％)，如氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)，加入2.0g硅酸鈉(20％)，充分研磨混合，即可使用。或?qū)⒒旌虾玫牟牧戏湃腭R弗爐中1050℃熱處理2.5小時，冷卻后再次研磨，得到復合電解質(zhì)粉體。

實施例2