[发明专利]一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种低温固体氧化物燃料电池，包括阳极支撑体；设置在所述阳极支撑体上的致密电解质层；设置在所述致密电解质层上的氧化铋基致密电解质层；所述致密电解质层为铈基电解质层或锆基电解质层；设置在所述氧化铋基致密电解质层上的阴极活性层。与现有技术相比，本发明在氧化铋基致密电解质层与阳极支撑体之间设置致密电解质层，该致密电解质层可有效保护氧化铋基电解质层，有效隔绝氧化铋基致密电解质层与还原气体的直接接触，使其不发生分解，保证氧化铋的正常工作，实现不同电解质的优化高效使用，有效降低电池内阻，提高电池在低温段的性能，从而使固体氧化物燃料电池在低温工作条件下也能高效传导氧离子、高效工作。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

燃料电池是通过电化学过程将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置，它具有高效、环境友好、可连续运转、模块化、低运转噪音和燃料适用性强等特点而受到较为广泛的关注。固体氧化物燃料电池(SOFC)因无需贵金属催化剂且具有全固态结构，安全可靠，使其应用范围广，可用作便携移动电源、车辆辅助电源、分散电站等。

目前，限制传统SOFC商业化应用的一个主要因素是其较高的工作温度，高的操作温度会导致很多问题，如电池各部件的热稳定性、热膨胀匹配、化学稳定性、高温强度等要求都较为苛刻，系统操作成本提高，性能衰减速度加快，因此，降低SOFC操作温度已成为该领域的一个趋势。过去十年的技术开发旨在降低其操作温度至中温区(600～800℃)，但若能降低SOFC的工作温度至低温段(300～600℃)，会有较为宽泛的连接材料和封接材料可供选择，进而能极大的降低SOFC系统的成本。

目前的电解质体系当中，Bi基电解质体系材料在低温段具有最高的氧离子电导率，但鉴于其在还原气氛下易分解，作为SOFC电解质的应用极少，因此如何采用低成本制备技术将Bi基电解质体系应用于SOFC，并保证其在低温工作区域的高效运行，还没有相关的技术实现。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法，该低温固体氧化物燃料电池在低温段具有较高的性能与机械强度。

本发明提供了一种低温固体氧化物燃料电池，包括：

阳极支撑体；

设置在所述阳极支撑体上的致密电解质层；所述致密电解质层为铈基电解质层或锆基电解质层；

设置在所述致密电解质层上的氧化铋基致密电解质层；

设置在所述氧化铋基致密电解质层上的阴极活性层。

优选的，所述阳极支撑层的厚度为500～1500μm；所述阳极支撑层为双相复合阳极支撑材料层或单相混合离子电子导体阳极支撑材料层。

优选的，所述双相复合阳极支撑材料层中的电子传导相选自NiO、CuO与ZnO中的一种或多种；所述双相复合阳极支撑材料层中的离子传导相选自钐掺杂氧化铈、钆掺杂氧化铈、钐钕共掺杂氧化铈与稳定的氧化锆中的一种或多种；所述双相复合阳极支撑材料层中电子传导相的体积分数为30％～70％。

优选的，所述单相混合离子电子导体阳极支撑材料层中的单相混合离子电子导体选自锶和铬共掺杂的锰酸镧、镧及过渡金属元素共掺杂钛酸钙、镧掺杂的钛酸锶与层状钙钛矿材料PrBaMn₂O_5+δ中的一种或多种。

优选的，所述致密电解质层的厚度为5～100μm；所述致密电解质层中的电解质选自钐掺杂氧化铈、钆掺杂氧化铈、钐钕共掺杂氧化铈与稳定的氧化锆中的一种或多种。