[發明專利]一種固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510295050.1
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN104852070B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 彭開萍;劉杭;陳嘉翔
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/1016;H01M8/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池電解質制備領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法和應用。

背景技術

全球對能源的需求日益擴大，并逐漸重視環境惡化的問題，傳統的能源體系將無法適應社會對高效、清潔、安全、經濟的能源體系的要求，能源的發展將面臨巨大的挑戰，因此燃料電池將成為二十一世紀重要的能源裝置。固體氧化物燃料電池（SOFC）通過電化學反應過程使化石類燃料中的化學能直接轉化為電能，由于沒有燃燒和機械過程，極大地提高了能量轉化效率，避免或減少了NOx、SOx、CO、CO2以及粉塵等污染物的產生；SOFC的工作溫度在500℃~1000℃，其副產品是高品質的熱和水蒸氣，在熱–電聯供的情況下，能量利用率高達80%左右，是一種清潔高效的能源系統。

傳統SOFC的工作溫度高（900~1000℃），高溫運行加速了部件間的相互反應和擴散，電池性能衰減速率增大，這樣必然對電極材料和連接件等材料的性能提出更高的要求，從而增大電池系統費用，大大限制了SOFC的商業化發展。因此，要使SOFC商業化發展，就要降低SOFC工作溫度，開發中低溫SOFC已成為必然趨勢。在SOFC系統中，電解質是電池的核心，電解質的性能直接決定著SOFC電池的工作溫度和性能。傳統的電解質已無法適用于中低溫條件，因此就必須尋求在中低溫下具有高電導率的電解質。

發明內容

本發明的目的在于提供一種固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法和應用，制得的電解質的相對致密度達到100%，在空氣氣氛下500℃時離子電導率為0.0175S/cm，600℃時離子電導率達到0.0243S/cm，用于中低溫固體氧化物燃料電池中，輸出功率密度增大，使固體氧化物燃料電池具有更好的電化學性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種固體氧化物燃料電池電解質的組分按摩爾百分數計：50%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-10.4%Li₂CO₃-10.4%Na₂CO₃-16.7%CdO-12.5%MgO。

制備方法：先采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備Ce_0.8Gd_0.2O_1.9，再采用固相攪拌法制備50%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-10.4%Li₂CO₃-10.4%Na₂CO₃-16.7%CdO-12.5%MgO。

具體步驟如下：

1）Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的制備

a)按Ce_0.8Gd_0.2O_1.9化學計量比稱取Ce(NO₃)₃·6H₂O和Gd₂O₃，并按金屬陽離子與檸檬酸根離子的摩爾比為1.5:1稱取檸檬酸；

b)用濃度為10-15wt.%的稀硝酸溶解Gd₂O₃；

c)將Ce(NO₃)₃·6H₂O和檸檬酸分別在蒸餾水中溶解；

d)將步驟c)的兩種溶液分別倒入步驟b)的硝酸釓溶液中，逐滴加入氨水，調節pH值為7；

e)將步驟d)得到的混合溶液邊攪拌邊加熱至45℃，恒溫連續攪拌，并在攪拌過程中通過滴加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠；

f)將凝膠加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；

g)將粉末加熱至790-810℃，保溫2.9-3.1小時，自然冷卻，制得Ce_0.8Gd_0.2O_1.9粉末；

2）電解質的制備