[發(fā)明專利]一種中溫固體燃料電池電解質材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108232259B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 唐林元;王文新;史玉玲
• 申請（專利權）人: 湖州達立智能設備制造有限公司
• 主分類號: H01M8/1016
• 分類號: H01M8/1016
• 代理公司: 杭州知管通專利代理事務所(普通合伙) 33288
• 代理人: 黃華

本發(fā)明涉及一種中溫固體燃料電池電解質材料的制備方法，屬于新能源技術領域。本發(fā)明利用摻雜氧化鈰電解質在相對較低的溫度下具有更高的氧離子電導率，且在燒結與工作溫度下與高性能陰極材料具有較好的化學相容及機械匹配性的特點，并通過摻雜鈰、釓等稀土元素形成電池的電解質材料，大幅提高其氧空位濃度，從而提高其離子導電性，且較低的合成溫度減小了材料的晶體尺寸，提高了材料的燒結性能及燒結致密度，使得電解質的氧離子傳導得到保障，再通過復合二氧化鈦和氧化鍶，降低電解質的平均晶粒尺寸，使得電解質的顆粒均勻化，整體上能夠更加致密化，提高離子導電率，進而提高了電解質支撐的單電池的輸出功率。

技術領域

本發(fā)明涉及一種中溫固體燃料電池電解質材料的制備方法，屬于新能源技術領域。

背景技術

固體燃料電池（SOFC）作為一種純凈、穩(wěn)定、高效的能量轉化裝置，成為有效解決能源危機與環(huán)境污染問題的重要技術手段之一。固態(tài)氧離子導體作為SOFC的電解質材料，其工作溫度、穩(wěn)定性、能量轉化效率等性質均對SOFC的應用產生重要影響。固體電解質材料的基本要求是：必須具備離子電導率高，電子電導率低；在燃料和氧化氣氛中的穩(wěn)定性好；與相鄰的組元間不發(fā)生化學反應；致密且與相鄰的組元熱膨脹系數(shù)匹配。目前，應用于SOFC的電解質材料主要為螢石結構、鈣鈦礦結構以及新型的磷灰石結構材料。

早期開發(fā)的SOFC通常在800～1000℃的高溫條件下工作，這會導致該類燃料電池在開發(fā)、制造和應用中遇到諸多問題。例如高的溫度限制了材料的選擇、降低了電池壽命：用于制備SOFC的組元材料在須具備足夠突出的電學性能的前提下，還必須具備出色的化學和熱穩(wěn)定性來適應高溫的工作環(huán)境；高的工作溫度對電池工作經(jīng)常會帶來一些偶然的問題，更會明顯導致SOFC的性能逐漸衰減，降低電池的使用壽命。這些在很大程度上限制了SOFC的發(fā)展。當SOFC的操作溫度降低到500～800℃的中溫范圍內，不但可以明顯提高電池的熱力學效率，大幅度降低電池的制作成本，而且還可以解決高溫穩(wěn)定性、高溫密封困難等難題，簡化電池設計的材料要求，減緩電池組件間的相互反應，避免電池材料的退化，延長電池的壽命。

中溫SOFC的研究尚處于起步階段，目前主要集中在關鍵材料的開發(fā)上。其中，固態(tài)電解質是電池的最核心組元，其性能，包括離子導電率、結構、化學穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、致密化溫度等，不僅直接影響電池的工作溫度和能量轉化效率，還限制了與其相匹配的電極材料及相應制備技術的選擇。但是目前采用的電解質材料燒結性能及燒結致密度差、導電率低，因此，急需研發(fā)一種性能優(yōu)異的電解質材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題：針對目前采用的電解質材料燒結性能及燒結致密度差、導電率低的問題，提供了一種中溫固體燃料電池電解質材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

（1）取氧化釓、氧化釤加入質量分數(shù)為20%硝酸溶液中混合均勻，加入六水硝酸鈰攪拌至固體完全溶解，再加入檸檬酸、乙二胺四乙酸，攪拌混合均勻后滴加氫氧化鈉溶液至pH為8～9，靜置15～20h，得反應液；

（2）將反應液轉移到帶有特氟龍內膽的水熱釜中進行水熱反應，冷卻至室溫后過濾洗滌干燥，得前驅體；

（3）將前驅體置于馬弗爐中并點燃發(fā)生自蔓延燃燒反應，燃燒結束后再在700～800℃下保溫煅燒3～5h，得電解質初粉；

（4）將電解質初粉裝入球磨機中，再加入二氧化鈦、氧化鍶、無水乙醇，以300～500r/min球磨5～8h，得混合粉末；

（5）將混合粉末壓制成片并燒結，得中溫固體燃料電池電解質材料。

步驟（1）所述氧化釓、氧化釤、六水硝酸鈰、檸檬酸、乙二胺四乙酸的重量份為1.8～2.7份氧化釓，1.7～2.6份氧化釤，34.7～52.1份六水硝酸鈰，9.6～14.4份檸檬酸，2.9～4.4份乙二胺四乙酸。