[发明专利]一种钇稳定二氧化锆-低熔点玻璃粉复合物及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钇稳定二氧化锆‑低熔点玻璃粉复合物及其制备方法，通过将钇稳定二氧化锆与低熔点玻璃粉以不同质量配比复合，采用设定的复合方法，大大降低了复合温度，得到一种气密性好、热力学性能稳定以及电导率高的复合物，用其作为电解质制成的燃料电池，最大输出功率密度高于70mW·cm^‑2，而且其工作温度显著降低。

技术领域

本发明涉及固体燃料电解质，特别涉及一种固体燃料中复合电解质及其制备方法。

背景技术

固体电解质作为SOFC的核心部件，要求其具有高的离子电导率(高于0.01S·cm^-1)，与电极材料、氧和燃气保持化学稳定，在一个较宽的温度和氧分压范围内保持热力学稳定，与其它电池组件在热膨胀系数上匹配，具有良好的气密性以及适宜的力学性能等。

以二氧化锆(ZrO₂)为基质的固体电解质已用于高温测氧计、测定化合物的生成自由焓，溶解自由焓，金属熔体中氧活度及活度影响参数等。ZrO₂基电解质因其拥有较高的离子电导率，良好的化学稳定性和结构稳定性，成为目前研究最深入、应用最为广泛的一类电解质材料。

二氧化锆存在3种晶体结构即单斜(m)、四方(t)和立方(c)，纯ZrO₂在一定范围内为稳定的立方萤石结构。

为了提高ZrO₂的抗热震性，需在纯ZrO₂中添加某些金属氧化物如CaO等碱土金属氧化物(CSZ)或Y₂O₃等稀土元素氧化物(YSZ)，以抑制t→m的相变，使立方相或四方相在室温保留下来。

M.Mori等对Ti–YSZ系统的X射线衍射图阐明，观察到的所有峰与立方萤石结构成线性，随着TiO₂含量增加到10mol％，Ti–YSZ萤石的晶格参数有减小的趋势，并且Ti掺杂在YSZ导致立方相中出现四方域。

为了提高二氧化锆基电解质的气密性、与其它电池组件在热膨胀系数上匹配性、以及更好的力学性能、热力学性能以及离子电导率，以及为了开发一种烧结温度低、用其组装而成的固体燃料电池工作温度低且输出功率密度大的电解质材料，亟需研究一种二氧化锆基复合电解质材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过将钇稳定二氧化锆与低熔点玻璃粉以不同质量配比复合，采用设定的复合方法，大大降低了复合温度，并且得到一种气密性好、热力学性能稳定以及电导率高的复合物，用其作为电解质制成的燃料电池，最大输出功率密度可达73mW·cm^-2，而且其工作温度显著降低，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，本发明提供一种钇稳定二氧化锆-玻璃粉复合物，所述钇稳定二氧化锆为氧化钇稳定二氧化锆，所述氧化钇的摩尔数与氧化钇和氧化锆的摩尔数之和的比为(5～10)：100，优选为(8～9)：100。

其中，所述玻璃粉的质量与所述钇稳定二氧化锆和玻璃粉质量之和的比为(5～45)：100。

其中，所述钇稳定二氧化锆的粒径为30～70nm，玻璃粉的粒径为18～23μm，玻璃粉优选为低熔点玻璃粉。

第二方面，本发明还提供一种上述的复合物的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将钇稳定二氧化锆与玻璃粉充分混合，得到混合物；

步骤2，将所述混合物压片；

步骤3，将所述压片灼烧，制得复合物。

第三方面，上述第一方面所述复合物或根据第二方面所述方法制得的复合物用作固体燃料电池电解质的用途。

附图说明