專利名稱：一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。由于不經(jīng)過燃燒，沒有卡諾循環(huán)的限制，因此能量轉(zhuǎn)換的效率大大提高，而且反應(yīng)的主要排放物為水，污染比較小。它具有高效、環(huán)境友好、適用燃料范圍廣、壽命長(zhǎng)等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。全球?qū)δ茉吹男枨笕找鏀U(kuò)大，并逐漸重視環(huán)境惡化的問題，傳統(tǒng)的能源體系將無法適應(yīng)社會(huì)對(duì)高效、清潔、安全、經(jīng)濟(jì)的能源體系的要求，能源的發(fā)展將面臨巨大的挑戰(zhàn)，因此燃料電池將成為二十一世紀(jì)重要的能源裝置。傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，簡(jiǎn)稱S0FC)的操作溫度偏高(850-1000°C )，對(duì)電解質(zhì)、電極、連接件等材料性能要求很高，大大限制了 SOFC的商業(yè)化發(fā)展。因此，要使SOFC商業(yè)化發(fā)展，就要降低SOFC工作溫度，開發(fā)中低溫SOFC已成為的必然趨勢(shì)。在SOFC系統(tǒng)中，SOFC中電解質(zhì)是電池的核心，電解質(zhì)的性能直接決定著電池的工作溫度和性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)的性能，采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備新型BaCe^YMGc^^ja電解質(zhì)，其相對(duì)致密度達(dá)到100% ;在空氣下700°C _800°C時(shí)離子電導(dǎo)率為4.7mS/cnTl0mS/ cm,高于用相同硝酸鹽凝膠燃燒法制備的常用電解質(zhì)Cea 8Gda 202_s的電導(dǎo)率。本發(fā)明的電解質(zhì)在中溫的使用條件下，導(dǎo)電率高；用該電解質(zhì)制成的單電池的輸出功率密度增大，因此具有更好的電化學(xué)性能。本發(fā)明具體內(nèi)容為
一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其為一種具有表不為BaCeuGda2Ya2O4.;^的組成的固體氧化物，其中0.1>α >0。其制備方法為:
1)按照 BaCeh6Gda2Ya2O4Ja 中金屬陽離子摩爾比稱取 Ba (NO3) 2、Ce (NO3) 3.6Η20、6(1203、Y(NO3)3.6Η20，并按摩爾比乙二胺四乙酸:梓檬酸:金屬陽離子=4:11:6稱取乙二胺四乙酸和朽1檬酸。2)將稱好的Gd203、Ce (NO3) 3.6H20、Y (NO3) 3.6H20混合，加稀硝酸直至全部溶解；
3)將Ba(NO3)2、乙二胺四乙酸、檸檬酸混合，加氨水直至全部溶解；
4)將上述兩種溶液倒入一起，滴加氨水調(diào)節(jié)pH值為7；
5)將步驟4)得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70°C，在70°C下連續(xù)攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的PH值保持在7，直至形成凝膠；
6)將凝膠移入蒸發(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的白色氧化物粉
末；7)將白色氧化物粉末加熱至1000°C ±10°C，保溫5±0.1小時(shí)，自然冷卻，得到BaCe1.6Gd。.2Υ。.204.9_α。其中稀硝酸的濃度為10%_15wt%，氨水濃度為15%_20wt%?！N新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)制備而成的電解質(zhì)圓片。電解 質(zhì)圓片其制備方法為:在300MPa的壓力下，將所述新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)放入模具中制成圓片，將圓片以每分鐘3°C的加熱速度1550±5°C保溫5±0.1小時(shí)，冷卻到室溫，得到電解質(zhì)圓片。 電解質(zhì)圓片在制備中溫固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用。本產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)及用途:
優(yōu)點(diǎn):使用溫度在中溫(700°C _800°C)范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率、較高的功率密度。電導(dǎo)率的測(cè)試方法:
電解質(zhì)的交流電導(dǎo)采用兩端子法測(cè)定。將1550 °C下燒結(jié)5小時(shí)后的所得的BaCeL6Gd0.2Y0.204.9-a電解質(zhì)圓片兩面涂上銀漿，然后于600°C焙燒2h后制得銀電極。用銀絲將兩端的銀電極與交流阻抗儀連接。采用的交流阻抗儀為WAYNE KERR公司型號(hào)為WK6540A交流阻抗儀，應(yīng)用電位10mV，測(cè)定頻率范圍lkHZ_20MHZ，測(cè)定交流電導(dǎo)的溫度范圍為700-800°C，在空氣氣氛中測(cè)定。電導(dǎo)率采用如下公式計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其為一種具有表示為BaCe1.6Gd0 2Y0 204.9_a的組成的固體氧化物，其中0.1>α >0。
2.如權(quán)利要求所述的一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其特征在于其制備方法為:1)按照BaCeL6Gd0.2Y0.204.9-a 中金屬陽離子摩爾比稱取 Ba(NO3)2、Ce (NO3) 3.6Η20、6(1203、Y(NO3)3.6Η20，并按摩爾比乙二胺四乙酸:梓檬酸:金屬陽離子=4:11:6稱取乙二胺四乙酸和朽1檬酸； 2)將稱好的Gd203、Ce(NO3) 3.6H20、Y (NO3) 3.6H20混合，加稀硝酸直至全部溶解； 3)將Ba(NO3)2、乙二胺四乙酸、檸檬酸混合，加氨水直至全部溶解； 4)將上述兩種溶液倒入一起，滴加氨水調(diào)節(jié)PH值為7; 5)將步驟4)得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70°C，在70°C下連續(xù)攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的PH值保持在7，直至形成凝膠； 6)將凝膠移入蒸發(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的白色氧化物粉末； 7)將白色氧化物粉末加熱至1000°C±10°C，保溫5±0.1小時(shí)，自然冷卻，得到BaCe1.6Gd。.2Υ。.204.9_α。
3.如權(quán)利要求所述的一種一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其特征為稀硝酸的濃度為10%-15wt%，氨水濃度為15%-20wt%。
4.一種由如權(quán)利要求1所述的一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)制備而成的電解質(zhì)圓片。
5.—種如權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)圓片，其制備方法為:在300MPa的壓力下，將所述新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)放入模具中制成圓片，將圓片以每分鐘:TC的加熱速度1550±5°C保溫5±0.1小時(shí)，冷卻到室溫，得到電解質(zhì)圓片。
6.如權(quán)利要求4所述的電解質(zhì)圓片，其特征在于在制備中溫固體氧化物燃料電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其為一種具有表示為BaCe1.6Gd0.2Y0.2O4.9-α的組成的固體氧化物，其中0.1>α>0。該電解質(zhì)相對(duì)致密度達(dá)到100%；該電解質(zhì)在空氣下800℃時(shí)離子電導(dǎo)率為0.01S/cm。具有較好的電化學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01M8/10GK103165929SQ20131009781
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月23日
發(fā)明者彭開萍, 林冬, 黨琦 申請(qǐng)人:福州大學(xué)