[发明专利]一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。

背景技术

燃料电池是将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于不经过燃烧，没有卡诺循环的限制，因此能量转换的效率大大提高，而且反应的主要排放物为水，污染比较小。它具有高效、环境友好、适用燃料范围广、寿命长等一系列独特的优点。全球对能源的需求日益扩大，并逐渐重视环境恶化的问题，传统的能源体系将无法适应社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，能源的发展将面临巨大的挑战，因此燃料电池将成为二十一世纪重要的能源装置。

传统的固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）的操作温度偏高(850-1000℃)，对电解质、电极、连接件等材料性能要求很高，大大限制了SOFC的商业化发展。因此，要使SOFC商业化发展，就要降低SOFC工作温度，开发中低温SOFC已成为的必然趋势。在SOFC系统中，SOFC中电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着电池的工作温度和性能。 

发明内容

为了提高中温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用硝酸盐凝胶燃烧法制备新型BaCe_1.6Y_0.2Gd_0.2O_4.9-α电解质，其相对致密度达到100%；在空气下700℃-800℃时离子电导率为4.7mS/cm~10mS/cm，高于用相同硝酸盐凝胶燃烧法制备的常用电解质Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ的电导率。本发明的电解质在中温的使用条件下，导电率高；用该电解质制成的单电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。

本发明具体内容为

一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质，其为一种具有表示为BaCe_1.6Gd_0.2Y_0.2O_4.9-α的组成的固体氧化物，其中0.1>α>0。

其制备方法为：

1)    按照BaCe_1.6Gd_0.2Y_0.2O_4.9-α中金属阳离子摩尔比称取Ba(NO₃)₂、Ce(NO₃)₃ ·6H₂O、Gd₂O₃、Y(NO₃)₃ ·6H₂O，并按摩尔比乙二胺四乙酸：柠檬酸：金属阳离子=4:11:6称取乙二胺四乙酸和柠檬酸。

2)    将称好的Gd₂O₃、Ce(NO₃)₃ ·6H₂O、Y(NO₃)₃ ·6H₂O混合，加稀硝酸直至全部溶解；

3)    将Ba(NO₃)₂、乙二胺四乙酸、柠檬酸混合，加氨水直至全部溶解；

4)    将上述两种溶液倒入一起，滴加氨水调节pH值为7； 

5)    将步骤4）得到混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，在70℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶； 

6)    将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的白色氧化物粉末；

7)    将白色氧化物粉末加热至1000℃±10℃，保温5±0.1小时，自然冷却，得到BaCe_1.6Gd_0.2Y_0.2O_4.9-α。

其中稀硝酸的浓度为10%-15wt%，氨水浓度为15%-20wt%。

一种新型中温固体氧化物燃料电池电解质制备而成的电解质圆片。

电解质圆片其制备方法为：在300MPa的压力下，将所述新型中温固体氧化物燃料电池电解质放入模具中制成圆片，将圆片以每分钟3℃的加热速度1550±5℃保温5±0.1小时，冷却到室温，得到电解质圆片。

电解质圆片在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用。

本产品的优点及用途：