本發(fā)明屬于固體電解質(zhì)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種雙摻雜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)：

隨著全球工業(yè)的發(fā)展及人口的迅速增長，地球上的資源將越來越短缺。美國能源信息署（eia）統(tǒng)計結(jié)構(gòu)顯示，2010年世界能源需求量已達(dá)到106億噸油當(dāng)量，據(jù)預(yù)測，2025年將達(dá)到136.5億噸油當(dāng)量。而傳統(tǒng)的發(fā)電方式大多是由石油、天然氣等化石能源中的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，再由熱能推動機械設(shè)備產(chǎn)生機械能，最終轉(zhuǎn)換為電能。這種能源轉(zhuǎn)換不但受到卡諾循環(huán)的限制，還會產(chǎn)生大量粉塵、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物質(zhì)及噪音；固體氧化物燃料電池具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝、零污染等優(yōu)點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳?xì)淙剂?。在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電?lián)供等民用領(lǐng)域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)sofc的工作溫度必須在800℃以上的運行溫度才有較高的輸出功率，高的運行溫度不僅對電池的連接密封具有非常高的要求，而且加速電池部件間的副反應(yīng)的發(fā)生，電池性能衰減速率增大，使電池的成本居高不下，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)明的復(fù)合電解質(zhì)具有電導(dǎo)率高，可滿足中低溫的使用條件。

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ce0.85la0.11cd0.04o2-α(clco)復(fù)合電解質(zhì)，其相對致密度達(dá)到98%；在空氣氣氛下700℃時電導(dǎo)率為1.45×10^-2s/cm。

ce0.85la0.11cd0.04o2-α（0＜α≤0.095）制備方法：

1）按照化學(xué)計量比稱量原料ce(no3)3·6h2o、la(no3)3·nh2o、cd(no3)2·4h2o絡(luò)合劑檸檬酸按[n(ca):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱?。?/p>

2）ce(no3)3·6h2o、la(no3)3·nh2o、cd(no3)2·4h2o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℃煅燒30分鐘去有機物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成ce0.85la0.11cd0.04o2-α（clco）粉末。

將制成的clco粉末放入模具中，在300mpa的壓力下，制成圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1350℃±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、優(yōu)點：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)clco經(jīng)1350℃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

ce0.85la0.11cd0.04o2-α（0<α≦0.095）(clco)的制備方法

1）按照化學(xué)計量比稱量原料：e(no3)3·6h2o,la(no3)3·nh2o,cd(no3)2·4h2o，

絡(luò)合劑檸檬酸按[n(ca):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱取。

2）ce(no3)3·6h2o,la(no3)3·nh2o，cd(no3)2·4h2o和檸檬酸分別用去離子水溶解；

3）混合以上溶液并攪拌均勻

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℃煅燒30分鐘去有機物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成clco粉末。

具體的：

1摩爾ce0.85la0.11cd0.04o2-α(clco)的制備：

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cd(no3)2·4h2o：0.04*308.48=12.34克

稱取1.5摩爾的檸檬酸：1.5*210.14=315.21克

ce(no3)3·6h2o,la(no3)3·nh2o,cd(no3)2·4h2o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去除有機物，然后在800℃±10℃煅燒3±0.1小時，形成clco粉末。

實施例2

圓片的制備：將實施例1制備成的clco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1350℃保溫4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1350℃±10℃下燒結(jié)4±0.1小時后的所得的ce0.85la0.11cd0.04o2-α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。