[发明专利]用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池中的电解质片材料，具体涉及一种用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体及其制备方法。

背景技术

氧化钪稳定的氧化锆（Scandia Stabilized Zirconia，其简称为ScSZ）粉体，在稳定氧化锆体系中具有较高的电导率，可被广泛应用于SOFC（Solid Oxide Full Cells，固体氧化物燃料电池）的电解质材料的制造。

在全世界将处于能源危机这种环境下，SOFC作为一种新型、高效、绿色洁净的能源，有着广阔的市场和应用前景，对SOFC的研究曾在全世界掀起了热潮，欧美日等发达国家已经实现了中小功率的产品化和商业化，而在国内，由于起步较晚和国外的技术封锁等问题，我国SOFC的发展还处于试验开发阶段。

电解质材料是SOFC的核心部件之一；目前，绝大多数SOFC均以6～10mol%氧化钇稳定的氧化锆作为固体电解质；但是它的电导率较低，力学性能一般，制约了SOFC的进一步发展；因此，必须找到具有更高电导率的新材料，才能突破这一制约！在氧化锆体系中，由于点阵应力和位阻效应的影响，取代Zr⁴⁺的阳离子半径与其越接近，其电导率越高。据有关研究，氧化钪稳定的氧化锆具有最高的电导率。

陈浩、陈慧敏等人采用第一步用溶胶—凝胶法制备纯净的氢氧化锆凝胶；第二步采用常规水热法高温高压下制备了纳米氧化锆粉体。其氢氧化锆凝胶采用无水乙醇洗涤后，在高压釜中水热反应，水热温度为134℃～194℃，压力为0.5MPa～2.5MPa。并介绍该方法制备的粉体具有较好的抗老化能力，而对其烧结性能、表面性能以及烧结体的电导率等重要性能未做进一步研究和说明。

王振卫在其论文《ScSZ电解质及其在IT—SOFCs中的应用》中也介绍了含有1mol%CeO₂的ScSZ电解质样品电导率的变化，并指出：1Ce10ScZr的电导率稍高于1Ce8ScZr，而且两者的电导率均明显高于更高或者更低Sc₂O₃含量的样品；并介绍在800℃，1Ce10ScZr的电导率达到0.084S/cm，即为其制备的样品的最高电导率。

另外，Lee.D等采用甘氨酸—硝酸盐法制备的8mol%钪稳定的氧化锆粉体，在1600℃下烧结6小时形成纯立方相或四角形烧结体，其电导率为0.15S/cm（800℃）；Mizutani Yasunobu等以钪粉末、锆粉末和硝酸为原料分别采用共沉淀法和溶胶—凝胶法制备了ScSZ粉末该粉末需要经过等静压成型和在1500℃～1700℃的温度下烧结；Y.Mizutani等人以ZrO（NO₃）2·2H₂O和纯度为99.9%的氧化钪为原料，采用溶胶-凝胶法制备的8ScSZ粉末在1600～1700℃的高温下热压烧结（压力2000kg/cm²）5～15hr后测的电导率为0.38S/cm，抗弯强度仅为Kf=275MPa，另外，作者为提高抗弯强度，添加了20wt%Al₂O₃的8ScSZ—20wt%Al₂O₃复合体系的抗弯强度提高到414MPa，但是电导率却下降为0.14S/cm。

综上所述，目前国内外对氧化钪稳定的氧化锆粉体已做了大量的研究，虽然其稳定剂氧化钪含量在6mol%～12mol%Sc₂O₃不等，且也有各种第三相掺杂相存在；但是其制备方法如溶胶—凝胶法、甘氨酸—硝酸盐法等仅限于实验室或小型制备，很难形成工业化生产；如共沉淀法等制备的粉体又存在较为严重的团聚等缺陷，无法满足SOFC的需要求。

而且上述方法所制备的ScSZ粉末，均存在烧结困难（均在1500～1700℃、5～15hr），不仅烧结温度高、时间长，有的甚至需要热等静压烧结。其烧结体也无法达到高电导率与高强度的兼顾。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体，包括稳定剂氧化钪的含量为10mol%，其中并掺杂有占总体系的质量分数为0.3～3wt%的复合氧化物添加剂体系。

需要进一步说明的是，所述复合氧化物添加剂体系包括氧化铈、氧化铋、氧化铝三种氧化物的复合添加剂。