[发明专利]用于固体氧化物燃料电池的电解质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池(SOFC)技术领域，具体而言，涉及一种用于固体氧化物燃料电池的电解质材料，特别的，还涉及一种该材料的制备方法。

背景技术

电解质材料是固体氧化物燃料电池(SOFC)最核心的组件，其性能(电导率、稳定性、热膨胀、致密化温度等)不但直接影响其工作温度和电能转换效率，还决定了所需的相匹配的电极材料及其相应制备技术的选择。目前，一般SOFC的运行温度太高，(800～1000℃)，这种高温运行带来许多问题，对电池材料的要求非常苛刻。中温SOFC是指使用温度在600～800℃的SOFC，即在该温度区间内能够达到800～1000℃条件下SOFC的各项性能的电池。中温SOFC具有两个优点：1)对电池组件腐蚀速率低；2)电池的连接材料可以选用一些售价较低的金属，从而降低成本。但中温SOFC也存在两个问题：1)阳极与电解质、阴极与电解质的界面阻力增加；2)增加了氧化钇掺杂氧化锆粉末(YSZ)电池的阻抗。为了解决中温SOFC自身存在的问题，常通过降低YSZ层的厚度，但该方法复杂，工艺流程长，反应条件苛刻，不适于工业运用。

发明内容

本发明旨在提供一种用于固体氧化物燃料电池的电解质材料及其制备方法，以解决现有技术YSZ低温条件下电导率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于固体氧化物燃料电池的电解质材料，由氧化钪、氧化铈和氧化锆组成，氧化钪、氧化铈和氧化锆按摩尔比为9～11∶1∶88～90混合。

进一步地，氧化钪、氧化铈和氧化锆按摩尔比为9～10∶1∶89～90混合。

进一步地，氧化钪、氧化铈和氧化锆摩尔比为9.5∶1∶85混合。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于固体氧化物燃料电池的电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将含钪原料、含铈原料和含锆原料混合；

2)加入有机溶剂和研磨剂进行球磨；

3)球磨后除去有机溶剂，得到粉体，对粉体进行干燥焙烧得到电解质材料；

含钪原料、含铈原料和含锆原料按摩尔比9～11∶1∶88～90混合。

进一步地，氧化钪、氧化铈和氧化锆按摩尔比为9～10∶1∶89～90混合。

进一步地，氧化钪、氧化铈和氧化锆摩尔比为9.5∶1∶∶85混合。

进一步地，有机溶剂采用旋转蒸发法除去，旋转蒸发法条件为：水浴温度为60～80℃，料瓶旋转速度为160～200r/min，真空度为5～10Pa。

进一步地，焙烧条件为：温度650～860℃，焙烧时间为4～6小时，焙烧气氛为氧气或空气。

进一步地，有机溶剂为乙醇、丙醇、乙醚中的任意一种；研磨剂为尿素或聚丙烯酰胺。

本发明的技术效果在于：

本发明提供的电解质材料通过掺杂氧化钪和氧化铈，抑制氧化锆中立方结构C相向低电导率的β相转变的过程，使得所制得电解质材料用于制备SOFC后，在780℃下的电导率与YSZ在1000℃下的电导率相当，从而提高了燃料电池低温下电导率，提高能量转换效率，降低了燃料电池的成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明中提供的SOFC用电解质材料能抑制ScSZ(氧化钪稳定氧化锆)中高电导率的立方结构c相向低电导率的β相转变，从而使得该材料同时在低温下也具有很好的电导率。

本发明提供的用于固体氧化物燃料电池的电解质材料由氧化钪、氧化铈和氧化锆按摩尔比为9～11∶1∶88～90混合组成。