[發明專利]一種固體氧化物燃料電池的電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011404518.3
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112531190A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李文路;丁培培;王世敏;吳聰聰;趙麗;董兵海
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01M8/1253
• 分類號: H01M8/1253;H01M8/126
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 覃蛟

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池的電解質及其制備方法和應用。該固體氧化物燃料電池的電解質的化學式為BaZr_yCe_1?x?y?z?rSm_xY_zYb_rO₃，其中，y、z和r的取值范圍均為0～0.15，x的取值范圍為0～0.15。通過Sm、Y和Yb三種元素對BaZrO₃?BaCeO₃基鈣鈦礦氧化物進行摻雜，多種元素之間相互配合作用，不僅能夠提高電導率，降低了燒結溫度，在1350℃燒結5h后電解質片的相對密度達到99％以上。該電解質能夠實現在中溫燃料電池中的應用。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體而言，涉及一種固體氧化物燃料電池的電解質及其制備方法和應用。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種高效的清潔的能源轉換裝置，它能夠直接將化學能轉化為電能。面對當今的環境和能源問題的挑戰，SOFC的研究具有重要的意義。但是SOFC的商業化應用面臨著較高操作溫度和昂貴制造成本的難題，與傳統的氧離子傳導型固體氧化物燃料電池(O-SOFC)相比，質子傳導氧化物因具有低活化能和高離子電導率從而成為中溫SOFC中有前途的電解質候選物。

鈣鈦礦結構的BaCeO₃具有高的質子電導率、燃料利用率高等優勢，因此是目前主要使用的質子傳導型氧化物燃料電池(H-SOFC)電解質材料。摻雜的鈰酸鋇基鈣鈦礦結構氧化物具有較高的電導率，在600℃下可達0.01S/cm以上。但是在含H₂O或CO₂氣氛下的穩定性較差，容易產生雜質而使整個電池失效。相反，摻雜的鋯酸鋇基氧化物具有較強的化學穩定性，但由于其燒結性能較差，導致其電導率降低。因此，BaZrO₃-BaCeO₃基鈣鈦礦氧化物被作為電解質進行研究，以平衡電導率和穩定性。但是高溫燒結和長時間的熱處理會導致氧化鋇的蒸發，從而降低電導率，且制備電解質片時的燒結溫度較高，致使操作成本大幅上升。因此，研究燒結溫度低和電導率高的電解質材料具有很大的意義。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種固體氧化物燃料電池的電解質及其制備方法和應用，以改善上述問題。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供了一種固體氧化物燃料電池的電解質，電解質的化學式為BaZr_yCe_1-x-y-z-rSm_xY_zYb_rO₃，其中，y、z和r的取值范圍均為0～0.15，x的取值范圍為0～0.15。

可選地，y、z和r的取值范圍均為0～0.15。

可選地，x、y、z和r取值范圍均為0.05～0.15。

可選地，電解質的化學式為BaZr_0.1Ce_0.7-xSm_xY_0.1Yb_0.1O₃，其中，x的取值范圍為0～0.15。

優選地，電解質的化學式為BaZr_0.1Ce_0.6Sm_0.1Y_0.1Yb_0.1O₃。

第二方面，本發明實施例還提供了一種上述固體氧化物燃料電池的電解質的制備方法，包括：按照化學式各元素化學計量比對應的原料進行制備電解質。

可選地，采用凝膠溶膠法合成電解質。