[發明專利]氧化物摻雜的鈧鋯粉體及其制備方法

在審

• 申請號: 202010042525.7
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111233467A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 李曉艷;付國燕;王瑋瑋;劉召波;杜尚超;李諾
• 申請（專利權）人: 中國恩菲工程技術有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/626;H01M8/1016;H01M8/1069
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 白雪

本發明提供了一種氧化物摻雜的鈧鋯粉體及其制備方法。該方法包括以下步驟：S1，將含鈧含鋯溶液和摻雜金屬氧化物的酸溶液混合，得到鈧鋯混合溶液；其中摻雜金屬氧化物中的金屬元素為除了鈧元素以外的稀土元素、堿土金屬元素、鋁元素和鉍元素中的一種或多種；S2，向鈧鋯混合溶液中加入沉淀劑調節體系pH至7～11進行沉淀反應，得到鈧鋯前驅體溶液；S3，將鈧鋯前驅體溶液進行過濾，得到沉淀物；然后依次對沉淀物進行洗滌、干燥，得到鈧鋯前驅體；S4，煅燒鈧鋯前驅體，得到氧化物摻雜的鈧鋯粉體。利用本發明的制備方法，有效解決了現有技術中制備的鈧鋯粉體相結構穩定性不足的問題，得到了一種主體相為立方相的氧化物摻雜的鈧鋯粉體。

技術領域

本發明涉及固體電解質材料技術領域，具體而言，涉及一種氧化物摻雜的鈧鋯粉體及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)從技術層面上屬于第三代燃料電池，是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接高效轉化成電能的全固態新型發電裝置，具有能量轉換率高、燃料適應性強和環境友好等優點，越來越受到人們的廣泛關注，具有廣闊的應用前景。SOFC技術在發達國家已實現產業化，如美國的Bloom Energy公司，但在我國，SOFC的發展與歐美發達國家還有一定的差距。

SOFC的核心部件是固體電解質。目前，絕大多數SOFC均以6～10％的氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)為固體電解質，它在高溫下(～1000℃)具有高的氧離子電導率，但沒有電子電導率，且還具有高化學和物理穩定性、高的機械強度、高熱穩定性、與其他電池組件很低的化學反應性、易加工性和適中的價格等。但YSZ材料也具有一定的局限性，以YSZ為電解質的SOFC的工作溫度一般在1000℃或者更高，這不僅增加了SOFC投資和生產成本，而且帶來了其穩定性問題，如連接板的氧化、密封失效、電極毒化等，影響著電池堆的整體壽命，阻礙了實際應用。因此將工作溫度降至中溫(500～800℃)是目前SOFC發展的大勢所趨。然而，降低工作溫度會降低電解質的離子電導率，無法滿足中低溫工作的需要。

氧化鈧穩定氧化鋯(ScSZ)是目前鋯基固體電解質中離子電導率最高的電解質材料，也可稱為鈧鋯粉體，在800℃下電導率約為0.12S·cm^-1，為YSZ電導率的2倍，因此，在很大程度上可以解決YSZ在中溫情況下電解質電導率低的缺點。而且，其與YSZ同屬氧化鋯基材料，具有近似的化學性能和高溫性能，便于選用配套的電極材料，從而能在不改變現有工藝制備條件下替代YSZ電解質，成為中溫SOFC的首選電解質。

目前鈧鋯粉體的制備方法主要有固相粉碎法、水熱法、溶膠-凝膠法和共沉淀法。固相粉碎法工藝簡單、生產過程污染少、填充性好、成本低、易大規模生產，但會造成粉料的污染，球磨后的粒度相對較大。水熱法具有產品純度高、結晶度高、粉體粒徑均一和燒結性能好等優點，但通常對設備要求高、操作復雜、能耗較大，不適于產業化。溶膠-凝膠法可以在較短的時間內獲得分子水平的均勻性，實現分子水平上的均勻摻雜，但溶膠-凝膠法所需原料價格昂貴，一般需要使用有機溶劑對人體有一定的毒性，易板結。共沉淀法是指在溶液中含有兩種或多種陽離子，它們以均相存在于溶液中，加入沉淀劑，經沉淀反應后，可得到各種成分均一的沉淀，該法具有制備工藝簡單、成本低和易于產業化等優點，成為大部分生產企業首選方法。

然而，目前鈧鋯粉體在室溫下很難獲得全穩定的立方相，多數合成的鈧鋯粉體常伴隨著四方相、菱方相等雜相，從而影響電解質結構以及導電性能。基于以上原因，有必要提供一種新的鈧鋯粉體制備工藝，以提高其穩定立方相的占比，減少四方相、菱方相等雜相的占比。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種氧化物摻雜的鈧鋯粉體及其制備方法，以解決現有技術中制備的鈧鋯粉體相結構穩定性不足的問題。