【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于固體燃料電池，具體涉及一種多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體及其制備方法。
技術介紹
1、固體燃料電池的電解質為固態、無空隙的金屬氧化物，由氧離子在晶體中穿梭送達離子；因其整個發電過程為電化學反應，無需經過燃料燃燒，因此無卡諾循環的限制，理論上轉化效率可以達到85%-90%以上。與其他燃料電池相比，固體燃料電池還具有功率密度高、燃料適應性強、全固態結構、設備簡單等優點。氧化鋯具有優良的離子導電性和抗高溫老化性，能夠在高溫下保持較高的離子傳導效率，因而成為固體燃料電池電解質的首選材料。與此同時，正因為氧化鋯粉體是構成固體燃料電池電解質的主要成分，其質量和性能對電池整體性能具有重要影響，而氧化鋯由于馬氏體相變特性使其在溫度變化時會產生可逆的相結構轉變，過程中會導致對應的體積變化，難以制成致密薄膜。
2、固體燃料電池理想的電解質是致密的純氧離子導體，要求具有高的氧離子導電性和盡可能低的電子導電性，在還原和氧化氣氛中均能保持良好的物理化學和結構穩定性。向氧化鋯中摻雜合適氧化物作為穩定劑，使其與氧化鋯形成固溶體和復合體從而改變晶體內部結構，是改善不穩定氧化鋯的有效手段。目前，大部分固體燃料電池采用氧化釔穩定的氧化鋯作為電解質材料，但氧化釔對氧化鋯的氧離子電導率和致密度提升有限；而不同種類、含量的摻雜氧化物對氧化鋯粉體的性能影響大不相同，其對應的制備工藝也同樣是影響所得氧化鋯粉體性能的關鍵因素；基于此，研究制備一種多元復合摻雜氧化鋯粉體對制備高性能固體燃料電池具有重要意義。
技術實現
1、針對
技術介紹
所提問題，本專利技術的目的在于提供一種多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體及其制備方法。本專利技術方法通過優化氧化鋯粉體的復合摻雜氧化物體系種類、用量及對應煅燒工藝，制備得到一種電導率高穩定性好的優質氧化鋯粉體，滿足多種固體燃料電池電解質的高性能需求。
2、為達成上述目的，本專利技術具體采用如下技術方案：
3、本專利技術提供一種多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，包括如下步驟：
4、步驟1）：將氧氯化鋯與穩定劑可溶鹽、復合添加劑混合，加水同時加熱水解，得到混合液，持續攪拌并調節ph，過濾、清洗、干燥得到混合粉a備用；所述穩定劑可溶鹽為氯化鈧或硝酸鈧，復合添加劑由鈰鹽、鋁鹽、鉍鹽、釓鹽組成；
5、步驟2）：另取氧氯化鋯與碳納米管、有機框架混合，加至乙醇溶液中攪勻，調節乙醇混合液ph后升溫靜置，隨后真空抽濾、洗滌，將所得混合物干燥后，得到改性混合物，將所得改性混合物與氧化釔、氧化鈣、氧化鎂混合研磨，得到混合粉b備用；
6、步驟3）：將混合粉a與混合粉b研磨混合，于1000-1080℃條件下進行高溫煅燒，隨后冷卻至740-820℃控溫煅燒，最后經濕磨、噴霧干燥得到多元復合摻雜的納米氧化鋯粉體。
7、進一步地，步驟1）中按摩爾百分比計，各原料的添加量為氧氯化鋯86.8%-89.0%、穩定劑可溶鹽5.6%-9.4%、鈰鹽1.45%-1.94%、鋁鹽1.0%-1.2%、鉍鹽1.42%-1.90%、釓鹽0.03%-0.10%；所述鈰鹽、鋁鹽、鉍鹽、釓鹽為氯化物或硝酸鹽。
8、進一步地，步驟1）中加熱水解的溫度為50-65℃，水解所得混合液通過滴加氨水調節ph至8.0-8.8。
9、進一步地，步驟2）中氧氯化鋯、碳納米管和有機框架混合的質量比為100:(4-8):(0.3-0.6)，有機框架優選鋯基金屬有機框架uio-66zr。
10、進一步地，步驟2）中乙醇混合液通過滴加氫氧化鈉調節ph至10-11，隨后于50-65℃下保溫靜置8-12?h。
11、進一步地，步驟2）中按摩爾百分比計，氧氯化鋯與氧化釔、氧化鈣、氧化鎂的添加量為：氧氯化鋯87.2%-90.5%、氧化釔6.60%-14.2%、氧化鈣1.15%-1.70%、氧化鎂0.80%-1.25%。
12、進一步地，步驟3）中混合粉a與混合粉b混合的質量比為(6.5-8):(2-3.5)。
13、進一步地，步驟3）中高溫煅燒的升溫速率控制為2-4℃/min，高溫煅燒時間為2-3h；隨后冷卻的降溫速率控制為8-10℃/min，冷卻后控溫煅燒時間為10-12?h。
14、對于氧化鋯粉體相結構轉變引起的體積效應，目前實際應用中主要通過向氧化鋯中添加與鋯離子半徑尺寸差別較大的金屬離子氧化物（如y2o3）作為穩定劑。隨著人們對固體燃料電池性能要求的逐漸提高，常規單一穩定劑摻雜氧化鋯粉體已然無法滿足使用需求，而添加摻雜不同種類、含量的氧化物對氧化鋯粉體的影響差異顯著，因此，多元復合摻雜就成為制備性能更加完善的固體燃料電池用氧化鋯粉體的更優選擇。但與此同時，不同添加劑因性質差異、與氧化鋯晶格結構不匹配等又會造成界面相容性顯著降低進而影響氧化鋯粉體的整體穩定及其他性能。本專利技術優選氧化物種類及摩爾配比，一方面以鈧作為主要穩定劑，同時采用鈰鹽、鋁鹽、鉍鹽、釓鹽作為復合添加劑構建初始摻雜體系，與氧氯化鋯進行加熱水解；另一方面首先采用碳納米管與有機框架對氧氯化鋯進行改性，再將改性混合物與氧化釔、氧化鈣、氧化鎂混合作為組合摻雜體系；將兩種摻雜體系按比例混合后通過兩步煅燒工藝制得多元復合摻雜氧化鋯粉體。本專利技術所選復合摻雜體系能夠有效抑制氧化鋯的高溫相變，穩定立方相同時避免低溫相出現，保持其結構完整、穩定，促進致密化，有助于提高電導率；碳納米管及有機框架的協同改性則能夠促進摻雜氧化物與氧化鋯粉體的均勻分散，防止團聚，配合本專利技術兩步煅燒工藝顯著改善了氧化鋯粉體摻雜體系間的相容性，進一步提高了電導率和穩定性。
15、本專利技術的有益效果是：
16、本專利技術克服了現有單一摻雜氧化鋯粉體的局限不足，制備了一種多元復合摻雜氧化鋯粉體，該納米氧化鋯粉體具有較高的氧離子電導率以及在高溫的環境中能夠保持優異的穩定性，滿足多種固體燃料電池電解質的高性能需求，具有良好的市場競爭力。
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1.一種多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟1）中按摩爾百分比計，各原料的添加量為氧氯化鋯86.8%-89.0%、穩定劑可溶鹽5.6%-9.4%、鈰鹽1.45%-1.94%、鋁鹽1.0%-1.2%、鉍鹽1.42%-1.90%、釓鹽0.03%-0.10%；所述鈰鹽、鋁鹽、鉍鹽、釓鹽為氯化物或硝酸鹽。
3.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟1）中加熱水解的溫度為50-65℃，水解所得混合液通過滴加氨水調節pH至8.0-8.8。
4.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟2）中氧氯化鋯、碳納米管和有機框架混合的質量比為100:(4-8):(0.3-0.6)，所述有機框架為鋯基金屬有機框架UIO-66Zr。
5.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟2）中乙醇混合液通過滴加
6.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟2）中按摩爾百分比計，氧氯化鋯與氧化釔、氧化鈣、氧化鎂的添加量為：氧氯化鋯87.2%-90.5%、氧化釔6.60%-14.2%、氧化鈣1.15%-1.70%、氧化鎂0.80%-1.25%。
7.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟3）中混合粉A與混合粉B混合的質量比為(6.5-8):(2-3.5)。
8.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟3）中高溫煅燒的升溫速率控制為2-4℃/min，高溫煅燒時間為2-3?h；隨后冷卻的降溫速率控制為8-10℃/min，冷卻后控溫煅燒時間為10-12?h。
9.一種如權利要求1-8任一項所述方法制備的多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體。
...【技術特征摘要】
1.一種多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟1）中按摩爾百分比計，各原料的添加量為氧氯化鋯86.8%-89.0%、穩定劑可溶鹽5.6%-9.4%、鈰鹽1.45%-1.94%、鋁鹽1.0%-1.2%、鉍鹽1.42%-1.90%、釓鹽0.03%-0.10%；所述鈰鹽、鋁鹽、鉍鹽、釓鹽為氯化物或硝酸鹽。
3.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟1）中加熱水解的溫度為50-65℃，水解所得混合液通過滴加氨水調節ph至8.0-8.8。
4.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體的制備方法，其特征在于，步驟2）中氧氯化鋯、碳納米管和有機框架混合的質量比為100:(4-8):(0.3-0.6)，所述有機框架為鋯基金屬有機框架uio-66zr。
5.根據權利要求1所述多元復合摻雜的固體燃料電池用氧化鋯粉體...
【專利技術屬性】
技術研發人員：印士偉，陳云霞，
申請(專利權)人：景德鎮萬微新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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