一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于固體電解質(zhì)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法。采用硝酸鹽凝膠燃燒法和固相反應(yīng)法制備一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)Ce

Medium temperature solid oxide fuel cell electrolyte and preparation method thereof

The invention belongs to the preparation field of solid electrolyte, in particular to a middle temperature solid oxide fuel cell electrolyte and a preparation method thereof. A kind of medium temperature solid oxide fuel cell electrolyte Ce was prepared by nitrate gel combustion and solid phase reaction

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法
本專利技術(shù)屬于固體電解質(zhì)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法。
技術(shù)介紹
隨著全球工業(yè)的發(fā)展及人口的迅速增長，地球上的資源將越來越短缺。美國能源信息署（EIA）統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)顯示，2010年世界能源需求量已達(dá)到106億噸油當(dāng)量，據(jù)預(yù)測，2025年將達(dá)到136.5億噸油當(dāng)量。而傳統(tǒng)的發(fā)電方式大多是由石油、天然氣等化石能源中的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，再由熱能推動機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)換為電能。這種能源轉(zhuǎn)換不但受到卡諾循環(huán)的限制，還會產(chǎn)生大量粉塵、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物質(zhì)及噪音；固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell，簡稱SOFC)具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝、零污染等優(yōu)點(diǎn)，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳?xì)淙剂?。在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電?lián)供等民用領(lǐng)域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)SOFC的工作溫度必須在800℃以上的運(yùn)行溫度才有較高的輸出功率，高的運(yùn)行溫度不僅對電池的連接密封具有非常高的要求，而且加速電池部件間的副反應(yīng)的發(fā)生，電池性能衰減速率增大，使電池的成本居高不下，大大限制了SOFC的商業(yè)化發(fā)展。因此，要使SOFC商業(yè)化發(fā)展，就要降低其工作溫度，開發(fā)中低溫SOFC已成為必然趨勢。在SOFC系統(tǒng)中，電解質(zhì)是電池的核心，電解質(zhì)的性能直接決定著電池的工作溫度和性能。傳統(tǒng)的電解質(zhì)已無法適用于中低溫條件，因此就必須尋求在中低溫下具有高電導(dǎo)率的電解質(zhì)。本專利技術(shù)的復(fù)合電解質(zhì)具有電導(dǎo)率高，可滿足中低溫的使用條件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法，采用硝酸鹽凝膠燃燒法和固相反應(yīng)法制備新型Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ-Bi1.5Er0.5O3(GBE)復(fù)合電解質(zhì)，其相對致密度達(dá)到97%；在空氣氣氛下750℃時電導(dǎo)率為1.31×10-2S/cm。具體制備方法：Bi1.5Er0.5O3的制備方法為：1）按照化學(xué)計(jì)量比稱量Bi2O3,Er2O3。2）將Bi2O3和Er2O3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Bi1.5Er0.5O3。Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ(GDC-BCY)的制備方法：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ce(NO3)3·6H2O重量的70%，記作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.7、同樣：Gd2O3*0.7、絡(luò)合劑檸檬酸按[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱取。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）BaCe0.8Y0.2O3-δ的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ba(NO3)2*0.3、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.3、[Y(NO3)3·6H2O]*0.3、絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(EDTA)和檸檬酸按[n(金屬陽離子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]稱取。分別在硝酸鹽、EDTA以及檸檬酸中加入去離子水；將NH3·H2O滴入EDTA的去離子水中使其溶解；3）混合以上溶液并攪拌均勻；滴加氨水（氨水濃度為15wt%-20wt%）調(diào)節(jié)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(xù)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(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；6）將粉末在600℃煅燒30min去除有機(jī)物，然后在1000℃±10℃煅燒5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。按GB：Bi1.5Er0.5O3質(zhì)量比95：5稱取兩種粉末，將兩種粉混合球磨24h，制備出95%GB-5%Bi1.5Er0.5O3粉末。將制成的95%GB-5%Bi1.5Er0.5O3(GBE)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±0.1h，得到所需要的電解質(zhì)圓片。本專利技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1）本專利技術(shù)電解質(zhì)在中溫（600℃-800℃）范圍內(nèi)具有較高的電導(dǎo)率、較高的功率密度。（2）本專利技術(shù)電解質(zhì)的燒結(jié)溫度低，對設(shè)備要求低以及節(jié)能。（3）本專利技術(shù)電解質(zhì)能用于中溫固體氧化物燃料電池。附圖說明圖1實(shí)施例1制得的GBE的電導(dǎo)率與測試溫度的關(guān)系曲線。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本專利技術(shù)所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本專利技術(shù)不僅限于此。實(shí)施例11.Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ(GDC-BCY)的制備方法：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ce(NO3)3·6H2O重量的70%，記作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.7、同樣：Gd2O3*0.7、絡(luò)合劑檸檬酸按[n(CA):n(金屬陽離子)=1.5:1]稱取。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）BaCe0.8Y0.2O3-δ的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ba(NO3)2*0.3、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.3、[Y(NO3)3·6H2O]*0.3、絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(EDTA)和檸檬酸按[n(金屬陽離子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]稱取。分別在硝酸鹽、EDTA以及檸檬酸中加入去離子水；將NH3·H2O滴入EDTA的去離子水中使其溶解；3）混合以上溶液并攪拌均勻；滴加氨水（氨水濃度為15wt%-20wt%）調(diào)節(jié)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(xù)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(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)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(jī)物，然后在1000℃±10℃煅燒5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。2.Bi1.5Er0.5O3制備方法1）按照Bi1.5Er0.5O3化學(xué)計(jì)量比用分析天平準(zhǔn)確稱量原料Bi2O3和Er2O3；2）將Bi2O3和Er2O3加酒精混合球磨24h，然后干燥12h；3）將干燥后的Bi2O3和Er2O3混合物在800℃±10℃下煅燒16±0.1h，得到最終產(chǎn)物Bi1.5Er0.5O3；3.按GB：Bi1.5Er0.5O3質(zhì)量比95：5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GBE的制備：1）制備1摩爾的Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ(GDC-BCY)0.7molGDC的制備稱取0.56摩爾Ce(NO3)3·6H2O：0.56*434.22=243.16克稱取0.07摩爾的Gd2O3：0.07*362.5=25.37克稱取1.05摩爾的檸檬酸：1.05*210.14=220.65克用稀硝酸將Gd2O3溶解為硝本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其特征在于：所述電解質(zhì)為Ce

【技術(shù)特征摘要】
1.一種中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)，其特征在于：所述電解質(zhì)為Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ-Bi1.5Er0.5O3復(fù)合電解質(zhì)，其中0<δ≤0.1。2.一種制備如權(quán)利要求1所述的中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)的方法，其特征在于：（1）Bi1.5Er0.5O3的制備方法為：a.按照化學(xué)計(jì)量比稱量Bi2O3，Er2O3；b.將Bi2O3和Er2O3混合球磨24h；然后干燥12h；c.將球磨后的混合物在800℃±10℃下煅燒16±0.1h，得到Bi1.5Er0.5O3；（2）Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O3-δ的制備方法：a.Ce0.8Gd0.2O1.9的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ce(NO3)3·6H2O重量的70%，Gd2O3重量的70%；并按金屬陽離子與檸檬酸的摩爾比為1:1.5稱取檸檬酸；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；b.BaCe0.8Y0.2O3-δ的制備：按化學(xué)計(jì)量比稱取Ba(NO3)2重量的30%、Ce(NO3)3·6H2O重量的30%、Y(NO3)3·6H2O重量的30%；并稱取EDTA和檸檬酸；分別在硝酸鹽、EDTA以及檸檬酸中...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭開萍，劉建，涂太平，
申請(專利權(quán))人：福州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：福建,35