[发明专利]一种钐掺杂氧化铈固体电解质粉末的制备方法

说明书

本发明提供一种钐掺杂的氧化铈固体电解质粉末的制备方法，属于燃料电池领域。其特征在于将硝酸铈和硝酸钐、碳酸铵分别配置成溶液A和B，在碳酸铵溶液中加入BYK系列分散剂，并将柠檬酸、草酸、氯化铵配置成溶液C。在沉淀时将溶液A和C混合并滴入溶液B中搅拌反应生成沉淀。将沉淀分离清洗、干燥、煅烧和破碎得到纳米级SDC粉末。本发明方法容易获得纳米级的、球形的、分散性好的SDC粉末。本发明方法的整个工艺流程易于控制，工艺便携。同时生产工艺稳定性提升，产品均匀性一致性提升。这种粉末状态对于后续制备固体电解质薄膜是非常有益的。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，更具体地涉及一种固体氧化物燃料电池的固体电解质粉末制备方法。

背景技术

燃料电池又称电化学发生器，它把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。燃料电池根据电解质的不同，可分为五大类型：磷酸盐燃料电池(PAFC)，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、碱性燃料电池(AFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)采用固体陶瓷材料作为电解质，是一种高效、环境友好的全固态化学发电装置。SOFC是一种全固体陶瓷材料燃料电池，具有可避免液态电解质腐蚀问题，工作温度高(600-1000℃)，反应物易获得足够能量达到活化态，加速动力学反应进程，不需要贵金属作为催化剂，降低生产成本，采用热电联产提高电池发电效率等优点。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是由致密的氧化物陶瓷固体电解质和两个多孔电极(一个是接触燃料的阳极，另一个是接触氧化剂的阴极)构成的电化学发电装置。电解质材料是SOFC的核心材料，电解质的最主要功能是传导离子，高温下为氧离子导体，并可对燃料以及氧化剂进行有效隔离，形成氧浓度差，而电解质中的电子传导会产生两极短路消耗能量，从而减少电池的电流输出效率，因此首先要求电解质具有较大的离子导电能力，而电子导电能力要尽可能小。此外还需要致密性、较好的稳定性，良好的化学相容性和一定的热膨胀系数。

氧化锆作为SOFC电解质是开发最早和研究比较充分的材料之一，属于高温固体电解质材料，这种高温运行带来了界面反应、电极烧结、热膨胀系数不匹配等一系列问题，对于材料的要求也相当严格。而氧化铈、氧化铋、镓酸镧基钙钛矿类、磷灰石类这四种是中温固体电解质材料，其优势在于降低了温度，其中氧化铈是近年来得到越来越多的关注的一种固体电解质材料。纯CeO₂是一种混合型导体，氧离子、电子和空穴导电对电导率的贡献几乎相同。掺杂碱土金属和稀土金属氧化物后，如：SrO、CaO、Gd₂O₃、Sm₂O₃等，CeO₂电解质的离子导电性可大幅度提高，目前认为Sm₂O₃是较好的一种掺杂剂。掺杂方法有固相反应法、溶胶凝胶法、共沉淀法，而共沉淀法还包括草酸盐共沉淀法、碳酸盐共沉淀法、硝酸盐共沉淀法。而现有技术的方法在制备掺杂粉末原料方面，其粉末粒度、颗粒形貌以及分散性等方面仍存在一些问题，对制备电解质材料造成不利影响。

发明内容

本发明提供一种固体燃料电池(SOFC)的、钐掺杂的氧化铈(SDC)电解质粉末制备方法，用于克服现有技术的不足。

本发明钐掺杂的氧化铈电解质粉末的制备方法包括如下步骤：

(1)将Ce(NO₃)₃·6H₂O用去离子水溶解配成浓度1mol/L的硝酸铈溶液；

(2)将Sm(NO₃)₃·6H₂O用去离子水溶解配成浓度为1mol/L的硝酸钐溶液；

(3)将硝酸铈溶液和硝酸钐溶液按照体积比4:1的比例混合，并用去离子水稀释至Ce和Sm金属离子浓度之和为0.05mol/L，得到A溶液；