中溫固體氧化物燃料電池復合電解質及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種中溫固體氧化物燃料電池復合電解質及其制備方法，所述復合電解質的組成按質量分數計為99%?GB，1%?Bi

Medium temperature solid oxide fuel cell composite electrolyte and preparation method thereof

The invention provides an intermediate temperature solid oxide fuel cell composite electrolyte and its preparation method, composition of the composite electrolyte as mass fraction is 99% GB, 1% Bi

【技術實現步驟摘要】
中溫固體氧化物燃料電池復合電解質及其制備方法
本專利技術屬于電池用的電解質領域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池復合電解質及其制備方法。
技術介紹
隨著全球工業的發展及人口的迅速增長，地球上的資源將越來越短缺。而傳統的發電方式大多是由石油、天然氣等化石能源中的化學能通過燃燒轉化為熱能，再由熱能推動機械設備產生機械能，最終轉換為電能。這種能源轉換不但受到卡諾循環的限制，還會產生大量粉塵、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物質及噪音。因此尋求一種能源轉換效率高和環境友好的新能源技術是目前相關能源部門致力發展的關鍵。固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效轉化為電能的裝置，由于沒有燃燒和機械過程，極大地提高了能量轉化效率，避免或減少了污染物的產生，并且其副產品是高品質的熱與水蒸氣，可用來熱–電聯供，是一種重要的能源裝置。傳統的SOFC的工作溫度一般都在1000℃，在如此高的溫度下工作使得SOFC存在許多問題：電極致密化、連接體材料要求高以及電池密封性能不好等，以此大大增加了SOFC的成本，限制了其商業發展。為了SOFC商業化發展就必須將其工作溫度降低到中低溫，而電解質作為SOFC中最為核心的部分，電解質材料若能在中低溫度下具有高的電導率，則可以獲得中溫理想的SOFC，所以必須開發新型電解質材料。本專利技術的電解質材料在中溫工作條件下可以獲得高的電導率，以滿足目前所需的能使用于中溫SOFC的電解質材料。
技術實現思路
為了提高中溫固體氧化物燃料電池電解質的性能，采用硝酸鹽凝膠燃燒法和固相反應法制備新型Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9-Bi1.55La0.45O3(GBL)復合電解質，其相對致密度達到98%以上；在空氣氣氛下750℃時電導率為1.45×10-2S/cm。制備方法：1.Bi1.55La0.45O3的制備方法為：1）按照化學計量比用分析天平準確稱量原料Bi2O3，La2O3。2）將Bi2O3和La2O3混合球磨24h；然后干燥12h；3）將球磨后的混合物在800℃±10℃下煅燒16±0.1h，得到Bi1.55La0.45O3。2.Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9(GDC-BCY)的制備方法為：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學計量比稱取Ce(NO3)3·6H2O重量的80%，記作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.8，同樣：Gd2O3*0.8，絡合劑檸檬酸[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]，用稀硝酸將Gd2O3溶解為硝酸鹽，Ce(NO3)3·6H2O和檸檬酸用去離子水溶解，混合以上溶液并攪拌均勻；2）BaCe0.8Y0.2O2.9的制備：按化學計量比稱取Ba(NO3)2*0.2、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.2、[Y(NO3)3·6H2O]*0.2、絡合劑乙二胺四乙酸(EDTA)和絡合劑檸檬酸[n(金屬陽離子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]；在硝酸鹽及絡合劑中加入適量去離子水，將NH3·H2O滴入EDTA使其溶解；將溶解后的EDTA溶液加入到Ba(NO3)2使其溶解完全；混合以上溶液并攪拌均勻；3）將上述兩種溶液倒入一起，滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調節pH值為7；4）將步驟3）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70℃，在70℃下連續攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠；5）將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；6）將粉末在600℃±10℃煅燒30±5min去除有機物，然后在1000℃±10℃煅燒5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。3.按GB：Bi1.55La0.45O3質量比99：1稱取兩種粉末，將兩種粉混合球磨24h，制備出99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末。4.將制成的99%GB-1%Bi1.55La0.45O3(GBL)粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成圓片，將圓以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃±10℃保溫4±0.1h，得到所需要的電解質圓片。本專利技術的有益效果在于：1）本專利技術制備的復合電解質相對致密度達到98%以上；在空氣氣氛下750℃時電導率為1.45×10-2S/cm。2）相較于傳統的電解質無法適用于中低溫條件，本專利技術的復合電解質能在中溫（600-800℃）的條件下使用，并且具有較高的電導率、較高的功率密度；用該電解質制成的單電池的開路電壓提高、電池的輸出功率密度增大，因此具有更好的電化學性能。3）本電解質的燒結溫度低，對設備要求低以及節能。具體實施方式為了使本專利技術所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本專利技術所述的技術方案做進一步的說明，但是本專利技術不僅限于此。實施例11.Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9(GDC-BCY)的制備方法為：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學計量比稱取Ce(NO3)3·6H2O重量的80%，記作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.8，同樣：Gd2O3*0.8，絡合劑檸檬酸[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]，用稀硝酸將Gd2O3溶解為硝酸鹽，Ce(NO3)3·6H2O和檸檬酸用去離子水溶解，混合以上溶液并攪拌均勻；2）BaCe0.8Y0.2O2.9的制備：按化學計量比稱取Ba(NO3)2*0.2、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.2、[Y(NO3)3·6H2O]*0.2、絡合劑乙二胺四乙酸(EDTA)和絡合劑檸檬酸[n(金屬陽離子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]；在硝酸鹽及絡合劑中加入適量去離子水，將NH3·H2O滴入EDTA使其溶解；將溶解后的EDTA溶液加入到Ba(NO3)2使其溶解完全；混合以上溶液并攪拌均勻；3）將上述兩種溶液倒入一起，滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調節pH值為7；4）將步驟3）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70℃，在70℃下連續攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠；5）將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；6）將粉末在600℃±10℃煅燒30±5min去除有機物，然后在1000℃±10℃煅燒5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。2.Bi1.55La0.45O3制備方法1）按照Bi1.55La0.45O3化學計量比用分析天平準確稱量原料Bi2O3和La2O3；2）將Bi2O3和La2O3加酒精混合球磨24h，然后干燥12h；3）將干燥后的Bi2O3和La2O3混合物在800℃±10℃下煅燒16±0.1h,得到最終產物Bi1.55La0.45O3；3.按GB：Bi1.55La0.45O3質量比99：1稱取兩種粉末，將二者樣品采用混合球磨24h，使其研磨充分且均勻。具體的：100克GBL的制備：1）制備1摩爾GDC-BCY(GB)0.8molGDC的制備稱取0.64摩爾Ce(NO3)3·6H2O：0.64*434.22=277.90克稱取0.08摩爾的Gd2O3：0.08*362.5=29克稱取1.2摩爾的檸檬酸：1.2*210.14=252.17克用稀硝酸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種中溫固體氧化物燃料電池復合電解質，其特征在于，所述復合電解質的組成按質量分數計為99%?GB，1%?Bi

【技術特征摘要】
1.一種中溫固體氧化物燃料電池復合電解質，其特征在于，所述復合電解質的組成按質量分數計為99%GB，1%Bi1.55La0.45O3，所述GB為Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9。2.一種制備如權利要求1所述的中溫固體氧化物燃料電池復合電解質的方法，其特征在于，采用硝酸鹽凝膠燃燒法和固相反應法制備GB和Bi1.55La0.45O3，按GB：Bi1.55La0.45O3質量比99：1分別稱取兩種粉末，將兩種粉末倒入球磨罐中球磨24h讓其均勻混合，制備出99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末；將制成的99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末放入模具中，在300MPa的壓力下，制成圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃±10℃保溫4±0.1小時，得到所需要的電解質圓片。3.根據權利要求2所述的中溫固體氧化物燃料電池復合電解質的制備方法，其特征在于，所述Bi1.55La0.45O3的制備方法為：1）按Bi1.55La0.45O3化學計量比稱取原料Bi2O3，La2O3；2）將Bi2O3和La2O3混合球磨24h，然后干燥12h；3）將球磨后的混合物在800±10℃下煅燒16±0.1h，得Bi1.55La0.45O3。4.根據權利要求2所述的中溫固體氧化物燃料電池復合電解質的制備方法，其特征在于，所述GB的制備方法為：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學計量比稱取Ce(NO3)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭開萍，劉建，涂太平，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建,35