本發(fā)明屬于固體電解質(zhì)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種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)：
能源是一個國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，也是衡量文明發(fā)達(dá)程度、人民生活水平和國家綜合國力的重要指標(biāo)。近年來，我國國力突飛猛進(jìn)，對能源的需求也與日劇增。目前使用較多的化石燃料(如石油、煤炭)不僅燃燒效率較低會對環(huán)境造成污染且不可持續(xù)發(fā)展，因而新能源的發(fā)展需求迫在眉睫。固體氧化物燃料電池（SOFC）通過電化學(xué)反應(yīng)過程使化石類燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，由于沒有燃燒和機(jī)械過程，SOFC不受卡諾循環(huán)影響，極高的提高了能量的轉(zhuǎn)化效率，避免或減少了NOx、SOx、COx以及粉塵等污染物的產(chǎn)生；SOFC的工作溫度在600℃~1000℃，其副產(chǎn)品是高品質(zhì)的熱和水蒸氣，在熱–電聯(lián)供的情況下，能量利用率高達(dá)80%左右，是一種清潔高效的能源系統(tǒng)。因而SOFC被公認(rèn)為是最具發(fā)展前景的電池之一。
傳統(tǒng)SOFC的工作溫度位于900~1000℃之間，較高的工作溫度在電池的運行過程中會促進(jìn)電池各部件間的相互反應(yīng)和擴(kuò)散，降低電池的使用壽命，這樣必然對電極材料和連接件等材料的性能提出更高的要求，造成生產(chǎn)的成本上升，限制了SOFC的商業(yè)化發(fā)展。因此，要使SOFC商業(yè)化發(fā)展，就需要降低SOFC工作溫度，開發(fā)中低溫SOFC已成為必然趨勢。在SOFC系統(tǒng)中，電解質(zhì)是電池的核心，電解質(zhì)的性能直接決定著SOFC電池的工作溫度和性能。傳統(tǒng)的電解質(zhì)已無法適用于中低溫條件，因此就必須尋求在中低溫下具有高電導(dǎo)率的電解質(zhì)。本發(fā)明的電解質(zhì)在中低溫的使用條件下，導(dǎo)電率高；用該電解質(zhì)制成的單電池的電池的輸出功率密度增大，因此具有更好的電化學(xué)性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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新型Ce0.85La0.11In0.04O2-δ(CLIO)-Bi1.5Er0.5O3(ESB)復(fù)合電解質(zhì)，其相對致密度達(dá)到97%以上；在空氣氣氛下700℃時電導(dǎo)率為1.71×10-2S/cm。
制備方法：
1.Ce0.85La0.11In0.04O2-δ(0＜δ≤0.075)(CLIO)制備方法：
1）按照化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量原料Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·nH2O、In(NO3)3·4.5H2O，絡(luò)合劑檸檬酸按照[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱??；
2）Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·nH2O、In(NO3)3·4.5H2O和檸檬酸分別用去離子水溶解，混合以上溶液并攪拌均勻；
3）滴加氨水（氨水濃度為15wt%-20wt%）調(diào)節(jié)pH值為7。
4）將步驟3）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至45℃，在45℃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；
5）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氧化物粉末；
6）在600℃±10℃煅燒30±5分鐘去有機(jī)物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成Ce0.85La0.11In0.04O2-δ粉末。
2.Bi1.5Er0.5O3(ESB)的制備方法為：
1)按化學(xué)計量比稱量原料Bi2O3,Er2O3；
2)將Bi2O3和Er2O3混合球磨24h；
3)將球磨后的混合物在800℃±10℃下煅燒24±0.1小時，得到Bi1.5Er0.5O3粉末。
3.按 CLIO：ESB質(zhì)量比98:2稱取兩種粉末，球磨3h讓其均勻混合，制備出98%LCNO-2%LSB粉末。
4. 將制成的CLIO-ESB粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成圓片，將圓以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃±10℃保溫4±0.1小時，得到所需要的電解質(zhì)圓片。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：
（1）使用溫度在中溫（600℃-800℃）范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率、較高的功率密度。
（2）用途：作為電解質(zhì)用于中溫固體氧化物燃料電池。
附圖說明
圖1電解質(zhì)CLIO-ESB經(jīng)1300℃燒結(jié)4h后的電導(dǎo)率與測試溫度的關(guān)系曲線。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
實施例 1
1.Ce0.85La0.11In0.04O2-δ(0＜δ≤0.075)(CLIO)制備方法：
1）按照化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量原料Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·nH2O、In(NO3)3·4.5H2O，絡(luò)合劑檸檬酸按照[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱??；
2）Ce(NO3)3·6H2O、La(NO3)3·nH2O、In(NO3)3·4.5H2O和檸檬酸分別用去離子水溶解，混合以上溶液并攪拌均勻；
3）滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調(diào)節(jié)pH值為7。
4）將步驟3）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至45℃，在45℃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；
5）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氧化物粉末；
6）在600℃±10℃煅燒30±5分鐘去有機(jī)物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成Ce0.85La0.11In0.04O2-δ粉末。
2.Bi1.5Er0.5O3(ESB)的制備方法：：
1）按照化學(xué)計量比稱量原料Bi2O3,Er2O3；
2）將Bi2O3和Er2O3混合球磨24h；
3）將球磨后的混合物在800℃±10℃下煅燒24±0.1，得到最終產(chǎn)物。
3.按CLIO：ESB質(zhì)量比98:2稱取兩種粉末，球磨3h讓其均勻混合，制備出98%LCNO-2%ESB粉末。
具體的：
100克CLIO-ESB的制備：
1）制備1摩爾Ce0.85La0.11In0.04O2-δ
稱取0.85摩爾的 Ce(NO3)3·6H2O： 0.85*434.22 =369.08克
稱取0.11摩爾的La(NO3)3·nH2O： 0.11*324.92=35.74克
稱取0.04摩爾的In(NO3)3·4.5H2O： 0.04*381.92=15.27克
稱取1.5摩爾的檸檬酸： 1.5*210.14=315.21克
將Ce(NO3)3·6H2O,La(NO3)3·nH2O,In(NO3)3·4.5H2O和檸檬酸分別用去離子水溶解；混合以上溶液并攪拌均勻；放入水浴鍋中加熱至45℃，在45℃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；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氧化物粉末。
將粉末在600℃煅燒30min去除有機(jī)物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成CLIO粉末。
2）制備1摩爾Bi1.5Er0.5O3
稱取1.5摩爾Bi2O3：1.5*465.96=689.94克
稱取0.5摩爾Er2O3：0.5*382.52=191.26克
將稱好的Bi2O3和Er2O3加酒精混合球磨24h，干燥12小時，在800℃下煅燒24h,得到最終產(chǎn)物Bi1.5Er0.5O3 ；
3）100克98%Ce0.85La0.11In0.04O2-δ-2%Bi1.5Er0.5O33制備
稱取98克Ce0.85La0.11In0.04O2-δ
稱取2克Bi1.5Er0.5O3
將上述后兩種粉末用混合球磨3h，使其研磨充分且均勻，獲得98%CLIO-2%ESB粉末。
實施例 2
圓片的制備：將實施例1制備成的CLIO-ESB粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成直徑為13mm±0.1mm、厚度0.5mm±0.1mm的圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃±10℃保溫4±0.1小時，得到所需要的電解質(zhì)圓片。
電導(dǎo)率的測試方法：
電解質(zhì)的交流電導(dǎo)采用兩端子法測定。將1300℃下燒結(jié)4小時后的所得的LCIO-ESB電解質(zhì)圓片兩面涂上銀漿，然后于450℃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上海辰華儀器有限公司型號為CHI660E電化學(xué)工作站，應(yīng)用電位10mV，測定頻率范圍1kHz-20MHz，測定交流電導(dǎo)的溫度為700℃，在空氣氣氛中測定，在空氣氣氛中測定。電導(dǎo)率采用如下公式計算：
式中，σ 為電解質(zhì)電導(dǎo)率，S/cm；
h 為電解質(zhì)片厚度，單位cm；
R 為電解質(zhì)電阻，單位Ω；
S 為電解質(zhì)片橫截面積，單位cm2。