[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 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 性能 固體 氧化物 電解池 及其 制備 方法 | ||
本發明公開一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法，該固體氧化物電解池采用燃料電極作為支撐體，采用摻雜的氧化鋯基材料制備電解質薄膜，燒結致密后，在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；再采用絲網印刷或涂膜法制備高活性含鈷類復合氧電極。本發明制備的固體氧化物電解池采用低溫燒結制備氧化鈰基電解質隔層，有效的改善了氧電極與電解質界面的接觸性能，降低了氧電極與電解質界面接觸電阻，提高了電解池的性能。
技術領域
本發明涉及固體氧化物電解池領域，具體地說是涉及一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法。
背景技術
固體氧化物電解池(SOEC)是一種在中高溫下以高效環保的方式將電能和熱能轉化成燃料中的化學能的電化學裝置。它可看作是固體氧化物燃料電池(SOFC)的逆向反應裝置。固體氧化物電解池為全固體結構，氣體產物容易分離，避免了使用液態電解質所帶來的蒸發、腐蝕和電解液流失等問題，同時具有較快的電極反應速率，無需采用Pt等貴金屬電極，進而大大降低成本，被認為是目前將水蒸氣和/或二氧化碳轉化為燃料的最可行、最具有前景的技術路徑之一。
為了降低制造成本，滿足商業化的應用要求，提高固體氧化物電解池的性能和穩定性成為國內外研發的重點。提高電解池性能和穩定性的一條有效途徑便是采用高活性的電極材料，以及改善電解池材料間的相容性，如采用高活性的含鈷類氧電極材料，減小電極的極化電阻。但是，目前最為成熟的氧化鋯基電解質(如Y2O3穩定的ZrO2、Sc2O3穩定的ZrO2)與目前所使用的中低溫高性能含鈷類氧電極材料，如BaxSr1-xCoyFe1-yO3(BSCF)(0＜x＜1，0＜y＜1)、LnxSr1-xCoyFe1-yO3(LSCF)(Ln＝La、Sm、Nd、Gd、或Dy，0＜x＜1，0＜y＜1)、LaxSr1-xCoO3(LSC)(0＜x＜1)、SmxSr1-xCoO3(SSC)(0＜x＜1)等，化學相容性差，在氧電極的燒結與運行過程中容易發生有害化學反應，在氧電極與電解質界面上生成高阻抗相雜質，使電解池性能急劇衰減。
氧化鈰基電解質薄膜(如Gd2O3摻雜的CeO2、Sm2O3摻雜的CeO2)具有較高的離子電導，但在固體氧化物電解池的運行過程中容易與燃料發生還原而產生電子電導，降低電解池的性能，而且更為致命的是氧化鈰的還原能夠導致電解質薄膜的破裂，使電解池徹底報廢。
發明內容
基于上述技術問題，本發明提出一種高性能固體氧化物電解池及其制備方法。本發明通過在氧化鋯基電解質薄膜上低溫燒結制備氧化鈰基電解質隔層，將高性能的含鈷類氧電極材料與氧化鋯基電解質結合，制備出高性能固體氧化物電解池，改善了電解池的長期穩定性和可靠性。
本發明所采用的技術解決方案是：
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，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。
優選的，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％，以質量百分數計；
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