[發(fā)明專利]一種氧化鋅、氧化釔雙摻雜二氧化鋯與堿金屬鹽復(fù)合物及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810601433.0
• 申請(qǐng)日: 2018-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN110600780B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪濤;陳繼堂;韓燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阜陽師范學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M8/1253
• 分類號(hào): H01M8/1253
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11426
• 代理人: 路永斌;劉冬梅

本發(fā)明提供了一種氧化鋅、氧化釔雙摻雜二氧化鋯與堿金屬鹽復(fù)合物及其制備方法，通過將氧化鋅、氧化釔雙摻雜的二氧化鋯與堿金屬鹽以一定質(zhì)量配比復(fù)合，采用設(shè)定的復(fù)合方法，大大降低了復(fù)合煅燒溫度，得到一種致密性好、燒結(jié)性能穩(wěn)定以及電導(dǎo)率高的復(fù)合物，用其作為電解質(zhì)制成的燃料電池，最大輸出功率密度可達(dá)315.5mW·cm^?2，而且其工作溫度顯著降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體燃料電解質(zhì)，特別涉及一種固體燃料中復(fù)合電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

固體電解質(zhì)是固體氧化物燃料電池(SOFC)的核心組件；而二氧化鋯(ZrO₂)基固體電解質(zhì)因其擁有較高的離子電導(dǎo)率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為目前研究最深入、應(yīng)用最為廣泛的一類電解質(zhì)材料。

研究表明，二氧化鋯存在3種晶體結(jié)構(gòu)即單斜(m)、四方(t)和立方(c)，純ZrO₂在一定范圍內(nèi)為穩(wěn)定的立方螢石結(jié)構(gòu)(c-ZrO₂)。

為了提高ZrO₂的抗熱震性，需在純ZrO₂中添加某些金屬氧化物如CaO等堿土金屬氧化物(CSZ)或Y₂O₃等稀土元素氧化物(YSZ)，以抑制t→m的相變，使立方相或四方相在室溫保留下來。

K.V.Kravchyk等采用陽離子氫氧化物沉淀法制備了ZrO₂-Y₂O₃-Fe₂O₃粉末，在353K干燥沉淀物，然后在1673K退火處理，在1723K對(duì)ZrO₂-Y₂O₃-Fe₂O₃在空氣中燒結(jié)2小時(shí)。向藍(lán)翔等采用按比例配好的ZrO₂-Y₂O₃材料中加入Al₂O₃，再經(jīng)1550℃下常壓燒結(jié)的方法形成ZrO₂-Y₂O₃-Al₂O₃新材料，以此來提高ZrO₂-Y₂O₃材料的性能。趙文廣等采用共沉淀法合成了Y₂O₃-MgO-ZrO₂粉體，研究了pH值對(duì)溶膠體系電位的影響；并應(yīng)用XRD、交流阻抗法測(cè)定了Y₂O₃-MgO-ZrO₂陶瓷的相結(jié)構(gòu)與電導(dǎo)率。

但以上復(fù)合物的制備溫度較高，制備的復(fù)合物的工作溫度也較高，在綜合性能方面仍有待提高。

為了提高二氧化鋯基電解質(zhì)的氣密性、燒結(jié)性能、力學(xué)性能、離子電導(dǎo)率，以及為了開發(fā)一種燒結(jié)溫度低、用其組裝而成的固體燃料電池工作溫度低且輸出功率密度大的電解質(zhì)材料，亟需研究一種二氧化鋯基復(fù)合電解質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過將氧化鋅、氧化釔雙摻雜二氧化鋯與堿金屬鹽以一定質(zhì)量配比復(fù)合，采用設(shè)定的復(fù)合方法，大大降低了復(fù)合溫度，并且得到一種致密性好、熱力學(xué)性能穩(wěn)定以及電導(dǎo)率高的復(fù)合物，用其作為電解質(zhì)制成的燃料電池，最大輸出功率密度可達(dá)315.5mW·cm^-2，而且其工作溫度顯著降低，從而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本發(fā)明提供一種摻雜的二氧化鋯-堿金屬鹽復(fù)合物，所述摻雜的二氧化鋯與堿金屬鹽的質(zhì)量之比為(1.5～10.5)：1。

其中，所述摻雜的二氧化鋯為雙摻雜的二氧化鋯，所述堿金屬鹽為鈉鹽和鉀鹽的共熔體。

其中，所述雙摻雜的二氧化鋯為氧化鋅、氧化釔雙摻雜二氧化鋯。