[发明专利]一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法

说明书

本发明涉及一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法，上述电解质为一种由共沉淀法制备的氧化镁纳米粉末，其具有6.29eV的宽带隙值，在420‑500℃下也具有可观的离子电导率，利用其组装形成的燃料电池在低温区间表现出优良的输出功率、较好的可重复性和超过100小时的稳定性，与现有的固体氧化物燃料电池相比，本发明提供的燃料电池可有效降低固体氧化物燃料电池的运行温度，在低温区间具有明显优势。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料化学能直接转化为电能的发电装置，其由于具有高能量转化效率、低污染、以及燃料多样性等优点而吸引了广泛的关注，近年来逐渐成为新能源领域的重点和热点。

传统SOFC通常采用掺杂氧化锆和掺杂氧化铈作为其核心部件的电解质层。然而，这类电解质材料需要在800～1000℃的高温下工作，以获取足够高的离子电导率使电池正常运行，这也就造成了电池成本昂贵、技术复杂以及寿命衰减等问题，由此进一步导致SOFC商业化举步维艰。

为了解决这一难题，需要开发在低温下具有高离子传导性的新型电解质，从而降低电池的运行温度。

发明内容

针对上述问题，现提供一种宽禁带半导体电解质及其制备方法和宽禁带半导体电解质燃料电池及其组装方法，旨在有效解决SOFC电池中存在的问题。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种宽禁带半导体电解质(MgO)的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤

1)称取可水解性镁盐并配制形成500ml、浓度为0.5mol/L的镁盐溶液，然后采用磁力搅拌器对镁盐溶液进行连续搅拌；

2)按与镁盐等摩尔比称取可水解性钠盐并配制形成200ml钠盐溶液，然后将钠盐溶液逐滴加入到镁盐溶液中，搅拌5小时，停止搅拌，将料液于室温下静置12小时，过滤、清洗干净，得前驱体；

3)将前驱体放置于130℃的烘箱中干燥24小时，最后将干燥后的物料于马弗炉中在850℃温度下煅烧5小时，再充分研磨，得到宽禁带半导体电解质的纳米粉末。

上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤1)中镁盐为硝酸镁。

上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤2)中钠盐为碳酸钠。

本发明的第二个方面是提供一种宽禁带半导体电解质，具有这样的特征，根据权利要求1-3任一项制备方法制备获得。

本发明的第三个方面是提供一种基于上述宽禁带半导体电解质的燃料电池，具有这样的特征，包括权利要求4的宽禁带半导体电解质。

本发明的第四个方面是提供一种基于上述宽禁带半导体电解质的燃料电池的组装方法，具有这样的特征，包括如下步骤：

1)称取适量的NCAL粉末，按照粉末体积的3倍取松油醇，将NCAL 粉末与松油醇充分混合后研磨，再将物料均匀的涂在泡沫镍上，烘干制成 NCAL-Ni电极片；

2)称取0.25g宽禁带半导体电解质粉末，充分研磨，再在电池磨具中先放入一片NCAL-Ni电极，随后将宽禁带半导体电解质粉末撒入，压平，再覆盖上一片NCAL-Ni电极，利用压片机在10MPa下将模具中物料压制成形，成电池片。

上述方案的有益效果是：

1)本发明提供的宽禁带半导体电解质(MgO)在420-500℃下具有可观的离子电导率，并且因其具有6.29eV的宽带隙值，能够有效降低电子电导率，从而可作为电解质应用于SOFC中；