[發明專利]一種仿天然赤鐵礦電解質及仿天然赤鐵礦電解質燃料電池

在審

• 申請號: 202210096462.2
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114464857A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 夏晨;王升陽;吳柏威;王浚英;董文靜;汪寶元
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01M8/1246
• 分類號: H01M8/1246
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 劉棟棟

本發明公開了一種仿天然赤鐵礦電解質及仿天然赤鐵礦電解質燃料電池，該電解質由赤鐵礦(α?Fe₂O₃)和石英(SiO₂)組成，與傳統的離子摻雜型電解質相比，本發明通過α?Fe₂O₃在還原氣氛中的表面氧空位傳導和SiO₂對電子的隔絕作用，使所述電解質獲得電解質功能，所組裝的仿天然赤鐵礦電解質燃料電池在低溫區間展現良好的輸出性能，因而在固體氧化物燃料電池領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池技術領域，尤其涉及一種仿天然赤鐵礦電解質及仿天然赤鐵礦電解質燃料電池。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種可將儲存在燃料中的化學能直接轉化成電能的清潔能源技術，因其具有高能源轉化效率、低污染排放和多燃料選擇性等特點，而受到了國際社會的廣泛關注。

目前，SOFC常用的電解質為摻雜氧化鋯和摻雜氧化鈰，其工作原理主要是采用結構摻雜產生大量晶格氧空位，通過氧空位擴散機制進行氧離子傳導。由于該過程需要高溫的激活，因此這類電解質只有在800-1000℃的高溫下才能獲得充足的離子電導率，這造成了較高的SOFC制造成本和技術復雜性。因此，需要開發在低溫下具有高離子電導率的低溫電解質材料，以使SOFC可在較低的溫度下運行。

發明內容

針對上述問題，現提供一種仿天然赤鐵礦電解質及仿天然赤鐵礦電解質燃料電池，旨在有效解決SOFC電池中存在的問題。

具體技術方案如下：

本發明的第一個方面是提供一種仿天然赤鐵礦電解質，具有這樣的特征，電解質由α-Fe₂O₃粉末及石英混合、燒結、研磨后形成。

上述的仿天然赤鐵礦電解質，還具有這樣的特征，電解質由α-Fe₂O₃粉末及石英按質量比8：2混合、燒結、研磨后形成。

上述的仿天然赤鐵礦電解質，還具有這樣的特征，電解質由α-Fe₂O₃粉末及石英混合后于800℃下燒結4小時后再進行研磨形成。

本發明的第二個方面是提供一種仿天然赤鐵礦電解質燃料電池，具有這樣的特征，包括上述的仿天然赤鐵礦電解質和NCAL-Ni電極片(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05LiO_2-δ滲透的泡沫Ni)。

本發明中α-Fe₂O₃粉末的制備方法為：取檸檬酸，配置形成200ml、濃度為0.5mol·L^-1的檸檬酸溶液，再向其中溶入可溶性鐵鹽，以配制形成c(Fe³⁺)：c(檸檬酸)＝1:1的混合液，向混合液中加入6ml乙二醇，攪拌2h后再于80℃水浴下加熱成凝膠，隨后將凝膠干燥成干凝膠，研磨成粉體，然后將粉體在800℃馬弗爐中焙燒4小時，取出，研磨，得α-Fe₂O₃粉末。

上述仿天然赤鐵礦電解質燃料電池的組裝方法，還具有這樣的特征，包括如下步驟：

1)稱取適量的NCAL粉末和松油醇，將所述NCAL粉末與所述松油醇充分混合后研磨，得到漿料，再將漿料均勻涂在泡沫鎳上，烘干制成NCAL-Ni電極片；

2)稱取0.25g仿天然赤鐵礦電解質，充分研磨；在電池模具中先放入一片NCAL-Ni電極，再倒入仿天然赤鐵礦電解質，壓平，隨后覆蓋上另一片NCAL-Ni電極；

3)利用壓片機在10MPa下將NCAL-Ni、仿天然赤鐵礦粉末、NCAL-Ni三層物質壓制90s后取出，形成所需要的燃料電池片。

上述方案的有益效果是：