[發明專利]一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011556901.0
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112779555A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 涂寶峰;蘇新;張會敏;尹燕霞;張同環;張福俊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C25B9/00
• 分類號: C25B9/00;C25B1/042;C25B1/23;C25B11/04;C25B13/07
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 邵朋程

1.一種高性能固體氧化物電解池，包括燃料電極支撐體、氧化鋯基電解質薄膜和含鈷類復合氧電極，其特征在于：在氧化鋯基電解質薄膜上設置有氧化鈰基電解質隔層；

所述氧化鈰基電解質隔層是采用納米級摻雜的氧化鈰基電解質材料和/或采用氧化鈰基電解質材料對應的鹽溶液制成的。

2.根據權利要求1所述的一種高性能固體氧化物電解池，其特征在于：所述燃料電極支撐體為氧化鎳與氧化鋯基電解質材料制得的復合電極，其中氧化鎳占30-70％，氧化鋯基電解質材料占30-70％；

所述氧化鋯基電解質材料為M_xN_yZr_1-x-yO₂，M、N為Y、Sc、Ce中的一種，0.02≤x≤0.2，0≤y≤0.2。

3.根據權利要求1所述的一種高性能固體氧化物電解池，其特征在于：所述氧化鋯基電解質薄膜是采用氧化鋯基電解質材料制成的，所述氧化鋯基電解質材料為M_xN_yZr_1-x-yO₂，M、N為Y、Sc、Ce中的一種，0.02≤x≤0.2，0≤y≤0.2。

4.根據權利要求1所述的一種高性能固體氧化物電解池，其特征在于：所述氧化鈰基電解質材料為Ln_xCe_1-xO₃，Ln為Gd、Sm、Y和La中的一種或多種，0.05≤x≤0.5。

5.根據權利要求1所述的一種高性能固體氧化物電解池，其特征在于：所述氧化鋯基電解質薄膜的厚度為5微米-40微米；所述氧化鈰基電解質隔層的厚度為100納米-5微米。

6.如權利要求1-5中任一權利要求所述的高性能固體氧化物電解池的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)采用氧化鎳與氧化鋯基電解質材料制備燃料電極支撐體；

(2)在燃料電極支撐體的一側制備氧化鋯基電解質薄膜；

(3)在氧化鋯基電解質薄膜上采用納米級摻雜的氧化鈰基電解質材料和/或采用氧化鈰基電解質材料對應的鹽溶液，制備氧化鈰基電解質隔層，在900-1250℃之間將氧化鈰基電解質隔層燒結致密；

(4)再采用絲網印刷或涂膜法制備高性能含鈷類復合氧電極，從而得到高性能固體氧化物電解池。

7.根據權利要求6所述的一種高性能固體氧化物電解池的制備方法，其特征在于，步驟(3)中還包括以下步驟：在燒結的氧化鈰基電解質隔層上浸漬鹽類化合物水溶液，然后焙燒。

8.根據權利要求7所述的一種高性能固體氧化物電解池的制備方法，其特征在于：所述鹽類化合物水溶液為硝酸釓和硝酸鈰的水溶液，或硝酸釤和硝酸鈰的水溶液。

9.根據權利要求6所述的一種高性能固體氧化物電解池的制備方法，其特征在于：所述氧化鋯基電解質薄膜是采用氧化鋯基電解質材料制成的，所述氧化鋯基電解質材料為M_xN_yZr_1-x-yO₂，M、N為Y、Sc、Ce中的一種，0.02≤x≤0.2，0≤y≤0.2；

所述氧化鈰基電解質材料為Ln_xCe_1-xO₃，Ln為Gd、Sm、Y和La中的一種或多種，0.05≤x≤0.5。

10.根據權利要求6所述的一種高性能固體氧化物電解池的制備方法，其特征在于：所述氧化鋯基電解質薄膜的厚度為5微米-40微米；所述氧化鈰基電解質隔層的厚度為100納米-5微米；所述納米級摻雜的氧化鈰基電解質材料的粒徑在1納米-40納米之間。