[發明專利]一種質子傳導中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備

在審

• 申請號: 201710270441.7
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106920979A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 彭開萍;劉建
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M8/1016
• 分類號: H01M8/1016;C01G53/00
• 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,李翠娥

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池技術領域，具體涉及一種質子傳導中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備。

背景技術

隨著人類數量的爆炸式增長以及人類生活品質的不斷提高，人們對于能源的需求量也逐年遞增，由此引發的環境問題愈發影響到人們的生活，甚至是威脅到人們的生命健康。因此，如何合理、高效的利用化石燃料是人類面臨的困難之一。

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，避免或減少了有毒氣體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。

目前已經被商業應用的SOFC的工作溫度一般都在1000℃，在如此高的溫度下工作使得SOFC存在許多問題：電極致密化、連接體材料要求高以及電池密封性能不好等。因此，SOFC工作溫度的降低可有效地降低系統的成本并提高穩定性。傳統的電解質材料已經不適用于中溫環境下工作，而質子具有體積小和質量輕的優點，在中低溫下具有較低的離子傳導活化能，因此質子導電氧化物是一種可應用于低溫工作SOFC的電解質。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種質子傳導中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備。該電解質制備方法簡便，降低了燒結溫度，具有較高的電導率、較高的功率密度，相對致密度達到97%以上，在5%H₂和95%Ar混合氣氛下700℃時質子電導率達到1.31×10^-2S/cm。

為實現本發明的目的，采用如下技術方案：

一種質子傳導中溫固體氧化物燃料電池電解質，所述的電解質為BaCe_0.76Y_0.2Ni_0.04O_3-δ，0＜δ≤0.14。

一種制備如上所述的質子傳導中溫固體氧化物燃料電池電解質的方法，包括以下步驟：

1）按照化學計算比稱量Ba(NO₃)₂、Ce(NO₃)₃·6H₂O、Y(NO₃)₃·6H₂O、Ni(NO₃)₃·6H₂O，加入去離子水溶解得硝酸鹽溶液，往硝酸鹽溶液中加入絡合劑

乙二胺四乙酸和檸檬酸，攪拌均勻；其中，金屬陽離子、乙二胺四乙酸和檸檬酸的摩爾量之比為：1:1:2；

2）往步驟1）的混合液中滴加NH₃·H₂O，使乙二胺四乙酸溶解，攪拌均勻；

3）將步驟2）得到混合溶液加熱至70℃，在70℃下連續攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水使溶液的pH值保持為7，直至形成凝膠；

4）將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；

5）將粉末在590℃~610℃煅燒25~35min去除有機物，然后在990~1010℃煅燒4.9~5.1h，形成BaCe_0.76Y_0.2Ni_0.04O_3-δ粉末。

進一步的，將上述的電解質制備電解質圓片，具體方法為：將BaCe_0.76Y_0.2Ni_0.04O_3-δ粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成圓片，將圓片以3℃/min的加熱速率加熱到1290~1310℃保溫3.9~4.1小時，得到電解質圓片。

本發明與現有技術比較具有以下優點：

本發明的制備方法簡便，降低了燒結溫度，具有較高的電導率、較高的功率密度，相對致密度達到97%以上，在5%H₂和95%Ar混合氣氛下700℃時質子電導率達到1.31×10^-2S/cm。

附圖說明

圖1 為BaCe_0.76Y_0.2Ni_0.04O_3-δ電解質XRD圖譜；