[发明专利]一种固体氧化物燃料电池用电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池用的电解质领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池用电解质及其制备方法。

背景技术

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。固体氧化物燃料电池（SOFC）通过电化学反应过程使化石类燃料中的化学能直接转化为电能，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了NOx、SOx、CO、CO₂以及粉尘等污染物的产生；SOFC的工作温度在900℃~1000℃，其副产品是高品质的热和水蒸气，在热–电联供的情况下，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统。

但是传统的SOFC的高温（900℃~1000℃）运行加速了部件间的相互反应和扩散，电池性能衰减速率增大，这样必然对电极材料和连接件等材料的性能提出更高的要求，从而增大电池系统费用，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，开发中温（600℃~800℃）、低温SOFC已成为必然趋势。在SOFC系统中，电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着SOFC电池的工作温度和性能。传统的电解质已无法适用于中低温条件，因此就必须寻求在中低温下具有高电导率的电解质。

发明内容

本发明的目的在于传统的电解质无法适用于中低温条件，提供一种适用于中温的固体氧化物燃料电池用电解质及其制备方法。本发明的电解质在中温的条件下使用，导电率高；用该电解质制成的单电池的开路电压提高、电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体氧化物燃料电池用电解质，所述电解质的组成按质量分数计为BaCe_0.8Y_0.2O_2.9 30% ，Ce_0.8Gd_0.2O_1.970%。

一种制备如上所述的中温固体氧化物燃料电池用电解质的方法，采用硝酸盐凝胶燃烧法制备BaCe_0.8Y_0.2O_2.9和Ce_0.8Gd_0.2O_1.9，按摩尔比3:7将BaCe_0.8Y_0.2O_2.9、Ce_0.8Gd_0.2O_1.9称取两种粉末，将两种粉末倒入球磨罐中，在球磨机上以200r/min研磨5h，让其均匀混合，制备出30% BaCe_0.8Y_0.2O_2.9-70%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9复合粉末；将制成的复合粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆片以3℃/min的加热速度加热到1540~1560℃，保温0.9~1.1小时，得到电解质圆片。

所述的BaCe_0.8Y_0.2O_2.9其制备过程为：

1）按BaCe_0.8Y_0.2O_2.9的化学计量比，称取Ba(NO₃)₂、Ce(NO₃)₃·6H₂O和Y(NO₃)₃·6H₂O三种原料，并按乙二胺四乙酸、柠檬酸、原料中金属阳离子的摩尔比为1:2:1，称取乙二胺四乙酸和柠檬酸；

2）将Ce(NO₃)₃·6H₂O，Y(NO₃)₃·6H₂O混合，加质量分数为10%-15%的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，加质量分数为15%-20%的氨水直至全部溶解；

4）将上述两种溶液混合，滴加氨水调节pH值为6，所述的氨水质量分数为15%-20%；