[發明專利]一種雙摻雜中溫固體氧化物燃料電池電解質

在審

• 申請號: 201710421182.3
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107221690A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 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
• 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,林捷

技術領域

本發明屬于固體電解質的制備領域，具體涉及一種雙摻雜中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法。

背景技術

隨著全球工業的發展及人口的迅速增長，地球上的資源將越來越短缺。美國能源信息署（EIA）統計結構顯示，2010年世界能源需求量已達到106億噸油當量，據預測，2025年將達到136.5億噸油當量。而傳統的發電方式大多是由石油、天然氣等化石能源中的化學能通過燃燒轉化為熱能，再由熱能推動機械設備產生機械能，最終轉換為電能。這種能源轉換不但受到卡諾循環的限制，還會產生大量粉塵、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物質及噪音；固體氧化物燃料電池具有燃料適應性廣、能量轉換效率高、全固態、模塊化組裝、零污染等優點，可以直接使用氫氣、 一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質氣等多種碳氫燃料。在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電聯供等民用領域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應用前景。

傳統SOFC的工作溫度必須在800℃以上的運行溫度才有較高的輸出功率，高的運行溫度不僅對電池的連接密封具有非常高的要求，而且加速電池部件間的副反應的發生，電池性能衰減速率增大，使電池的成本居高不下，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。本發明的電解質在中溫下的電導率高，可滿足中溫SOFC的使用條件。

發明內容

為了提高中溫固體氧化物燃料電池電解質的性能，采用硝酸鹽凝膠燃燒法

制備La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉(LGYMO)復合電解質，其相對致密度達到98%；在空氣氣氛下750℃時電導率為4.01×10^-2S/cm。

所述LGYMO電池電解質的制備方法：

1. La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉(LGYMO)的制備：

1）按照化學計量比用分析天平準確稱量原料La₂O₃、MoO₃、Gd₂O₃、Y(NO₃)₃·6H₂O、絡合劑檸檬酸；并按金屬陽離子與檸檬酸的摩爾比為1:1.5稱取檸檬酸；

2）La₂O₃和Gd₂O₃用稀硝酸溶解，MoO₃滴加氨水溶解；

3）Y(NO₃)₃·6H₂O和檸檬酸用去離子水溶解；

4）混合以上溶液并攪拌均勻，滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調節pH值為7；

5）將步驟4）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70℃，在70℃下連續攪拌，直至形成凝膠；

6）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；

7）在600℃煅燒30分鐘去有機物，然后在800℃±10℃煅燒5±0.1小時，形成LGYM粉末。

2. 將制成的LGYMO粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成圓片，將圓以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1100℃±10℃保溫5±0.1小時，得到所需要的電解質圓片。

本發明的顯著優點在于：

本發明制得的電解質的使用溫度在中溫（600℃-800℃）范圍內具有高電導率，其相對致密度達到98%以上；該電解質在空氣氣氛下750℃時離子電導率達到4.01×10^-2S/cm，用于中溫固體氧化物燃料電池。

附圖說明

圖1 La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉電解質的電導率與測試溫度的關系曲線。

具體實施方式