[发明专利]一种固融混合型中温固体氧化物燃料电池电解质

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池材料技术领域，具体涉及一种新型固融混合型高电导率中温固体氧化物燃料电池电解质。

背景技术

随着全球工业的发展及人口的迅速增长，地球上的资源将越来越短缺。而传统的发电方式大多是由石油、天然气等化石能源中的化学能通过燃烧转化为热能，再由热能推动机械设备产生机械能，最终转换为电能。这种能源转换不但受到卡诺循环的限制，还会产生大量粉尘、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物质及噪音。因此寻求一种能源转换效率高和环境友好的新能源技术是目前相关能源部门致力发展的关键。

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化为电能的装置，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，减少或避免了污染物的产生，并且其副产品是高品质的热与水蒸气，可用于热-电联供，是一种重要的能源装置。

传统的SOFC的工作温度一般都在1000℃，在如此高的温度下工作使得SOFC存在许多问题：如电极致密化、连接体材料要求高以及电池密封性能不好等，因此大大增加了SOFC的成本，限制了其商业发展。为了SOFC商业化发展就必须将其工作温度降低到中低温，而电解质作为SOFC中最为核心的部分，其若能在中温下具有高的电导率，则可以获得理想的中温SOFC。本发明的电解质材料在中温工作条件下可以获得高的电导率，可用于制备中温SOFC。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固融混合型高电导率中温固体氧化物燃料电池电解质，所得固融混合型中温固体氧化物燃料电池电解质的相对致密度达到100%；在空气气氛下800℃时离子电导率达到0.023 S/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_1.9的电导率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固融混合型中温固体氧化物燃料电池电解质，其组成按质量百分数计为：80%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-20%Na₂B₄O₇。

其制备方法包括以下步骤：

（一）Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的制备：

1）按Ce_0.8Gd_0.2O_1.9化学计量比称取Ce(NO₃)₃·6H₂O、Gd₂O₃，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；

2）用质量浓度为10%-15%的稀硝酸将Gd₂O₃溶解为硝酸盐；

3）在Ce(NO₃)₃·6H₂O和柠檬酸中加入蒸馏水使其溶解；

4）将步骤2）和步骤3）所得溶液依次倒入硝酸钆溶液中，并向溶液中逐滴加入质量浓度为15%-20%的氨水，以调节溶液pH值为7；

5）将步骤4）得到的混合溶液放入搅拌器中加热至45℃，然后保持在45℃下连续搅拌，并在搅拌过程中加入氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；

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

7）将所得氧化物粉末加热至800±10℃，保温3±0.1小时，然后自然冷却，形成Ce_0.8Gd_0.2O_1.9粉末；

（二）按摩尔比4:1分别称取Ce_0.8Gd_0.2O_1.9和Na₂B₄O₇·10H₂O，将二者固相搅拌研磨3h，使其研磨充分且均匀，然后将混合粉末于600±10℃预烧0.5±0.1小时后，再于800±10℃烧结3±0.1小时，获得80%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-20%Na₂B₄O₇粉末；