[發明專利]一種釤摻雜氧化鈰固體電解質粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201611131605.X
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106953111B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 林清晨;王晶瑩;林濤;郭友;呂思鍵;吳朝圣
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;北京市十一學校
• 主分類號: H01M8/126
• 分類號: H01M8/126;C01F17/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種釤摻雜的氧化鈰固體電解質粉末的制備方法，屬于燃料電池領域。其特征在于將硝酸鈰和硝酸釤、碳酸銨分別配置成溶液A和B，在碳酸銨溶液中加入BYK系列分散劑，并將檸檬酸、草酸、氯化銨配置成溶液C。在沉淀時將溶液A和C混合并滴入溶液B中攪拌反應生成沉淀。將沉淀分離清洗、干燥、煅燒和破碎得到納米級SDC粉末。本發明方法容易獲得納米級的、球形的、分散性好的SDC粉末。本發明方法的整個工藝流程易于控制，工藝便攜。同時生產工藝穩定性提升，產品均勻性一致性提升。這種粉末狀態對于后續制備固體電解質薄膜是非常有益的。

技術領域

本發明屬于燃料電池領域，更具體地涉及一種固體氧化物燃料電池的固體電解質粉末制備方法。

背景技術

燃料電池又稱電化學發生器，它把儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能。燃料電池根據電解質的不同，可分為五大類型：磷酸鹽燃料電池(PAFC)，聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)、堿性燃料電池(AFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)。固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡稱SOFC)采用固體陶瓷材料作為電解質，是一種高效、環境友好的全固態化學發電裝置。SOFC是一種全固體陶瓷材料燃料電池，具有可避免液態電解質腐蝕問題，工作溫度高(600-1000℃)，反應物易獲得足夠能量達到活化態，加速動力學反應進程，不需要貴金屬作為催化劑，降低生產成本，采用熱電聯產提高電池發電效率等優點。

固體氧化物燃料電池(SOFC)是由致密的氧化物陶瓷固體電解質和兩個多孔電極(一個是接觸燃料的陽極，另一個是接觸氧化劑的陰極)構成的電化學發電裝置。電解質材料是SOFC的核心材料，電解質的最主要功能是傳導離子，高溫下為氧離子導體，并可對燃料以及氧化劑進行有效隔離，形成氧濃度差，而電解質中的電子傳導會產生兩極短路消耗能量，從而減少電池的電流輸出效率，因此首先要求電解質具有較大的離子導電能力，而電子導電能力要盡可能小。此外還需要致密性、較好的穩定性，良好的化學相容性和一定的熱膨脹系數。

氧化鋯作為SOFC電解質是開發最早和研究比較充分的材料之一，屬于高溫固體電解質材料，這種高溫運行帶來了界面反應、電極燒結、熱膨脹系數不匹配等一系列問題，對于材料的要求也相當嚴格。而氧化鈰、氧化鉍、鎵酸鑭基鈣鈦礦類、磷灰石類這四種是中溫固體電解質材料，其優勢在于降低了溫度，其中氧化鈰是近年來得到越來越多的關注的一種固體電解質材料。純CeO₂是一種混合型導體，氧離子、電子和空穴導電對電導率的貢獻幾乎相同。摻雜堿土金屬和稀土金屬氧化物后，如：SrO、CaO、Gd₂O₃、Sm₂O₃等，CeO₂電解質的離子導電性可大幅度提高，目前認為Sm₂O₃是較好的一種摻雜劑。摻雜方法有固相反應法、溶膠凝膠法、共沉淀法，而共沉淀法還包括草酸鹽共沉淀法、碳酸鹽共沉淀法、硝酸鹽共沉淀法。而現有技術的方法在制備摻雜粉末原料方面，其粉末粒度、顆粒形貌以及分散性等方面仍存在一些問題，對制備電解質材料造成不利影響。

發明內容

本發明提供一種固體燃料電池(SOFC)的、釤摻雜的氧化鈰(SDC)電解質粉末制備方法，用于克服現有技術的不足。

本發明釤摻雜的氧化鈰電解質粉末的制備方法包括如下步驟：

(1)將Ce(NO₃)₃·6H₂O用去離子水溶解配成濃度1mol/L的硝酸鈰溶液；

(2)將Sm(NO₃)₃·6H₂O用去離子水溶解配成濃度為1mol/L的硝酸釤溶液；

(3)將硝酸鈰溶液和硝酸釤溶液按照體積比4:1的比例混合，并用去離子水稀釋至Ce和Sm金屬離子濃度之和為0.05mol/L，得到A溶液；