[发明专利]含钙钛矿型LaNiO3

说明书

本发明公开了含钙钛矿型LaNiO₃的复合电解质、燃料电池及其制备方法。其中所述复合电解质包括具有钙钛矿型晶体结构的LaNiO₃和钇稳定氧化锆，所述燃料电池含有该复合电解质。本发明的复合电解质材料在中低温区具有优异的离子导电率，所得燃料电池的操作温度可降低至600℃以下。

技术领域

本发明涉及基于钙钛矿型电解质的固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

世界能源需求在持续增长，化石能源如石油、煤、和天然气，作为目前世界上最主要的能源资源，给人类带来方便和财富的同时也带来了两大问题：能源危机和环境污染。这些问题驱使科学领域去开发更加高效、清洁和成本低廉的能源或能源生产与转换系统，使新能源和高效能源转换系统的开发、研究成为科学研究的活跃领域。

在新能源领域，燃料电池占有重要的一席之地，被认为是最有希望代替传统化石能源发电的产品之一，它可以不经过燃烧直接将化学能转换为电能，且转换中突破了卡诺循环的限制。燃料电池通常由三个部件组成：电解质、阴极和阳极，其中电解质材料的选取决定燃料电池的种类、工作温度以及能量转化效率。在现有的燃料电池中，电解质为固体氧化物的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)因其独特的优势和特点而备受关注。作为一种可以将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环保地转化为电能的全固态发电装置，其能量转化效率可达到50％至80％。在现有的SOFC中，钇稳定氧化锆(YSZ)可被认为是最经典的固体氧化物燃料电池的电解质材料，其在氢氧气氛下化学性能稳定，具有较高的离子电导率，优异的性能输出。但另一方面，YSZ及与之类似的SOFC 的高离子导电率需要在高温(1000℃)下才能实现，由此产生了一系列新的问题，例如大大增加了对电池配套材料的性能要求，增加了电池造价、增加了电池封接难度，同时容易出现电极烧结、电解质和电极发生界面扩散以及热膨胀不匹配等现象。SOFC经过几十年的发展，世界各国的研究者均希望通过降低其操作温度来进一步降低各部件制造成本和电池操作成本，实现中温化(500℃-800℃)甚至低温化(低于500℃)，因此要求开发在中低温下仍具备高离子导电率的电解质材料的呼声越来越高。

在开发出上述电解质材料后，还需考虑各组件材料之间的化学相容、热膨胀系数匹配等性能才能将其真正应用于燃料电池中，而不至出现因相互反应、热膨胀不一致而产生电池热开裂，电化学性能下降严重等现象。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在中低温下仍具有高离子导电率的电解质材料。

本发明的目的还在于提出上述电解质材料的制备方法。

本发明的目的还在于提出一种含有上述电解质材料的新型燃料电池。

本发明的目的还在于提出上述燃料电池的制备方法。

本发明首先提供了如下的技术方案：

一种复合电解质材料，其包括具有钙钛矿型晶体结构的LaNiO₃和钇稳定氧化锆。

上述方案中所述钇稳定氧化锆(YSZ)是一种陶瓷材料，其在二氧化锆中含有添加物氧化钇，在室温下是稳定的立方晶体及四方晶体。

根据本发明的一些具体实施方式，所述LaNiO₃和钇稳定氧化锆的质量比为 0.1:10～5:1。

根据本发明的一些具体实施方式，所述LaNiO₃和钇稳定氧化锆的质量比为 0.5:9.5～6.5:3.5。

根据本发明的一些具体实施方式，所述LaNiO₃和钇稳定氧化锆的质量比为 0.5～1.5:8.5～9.5。

根据本发明的一些具体实施方式，所述LaNiO₃和钇稳定氧化锆的质量比为 1.5～2.5:7.5～8.5。