[发明专利]一种用于中低温固体氧化物燃料电池的复合电解质粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中低温固体氧化物燃料电池电解质粉体的制备方法， 具体来说就是制备出适合于在400-600℃工作的固体氧化物燃料电池的复合电解质粉体。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种新型的发电技术，从上世纪80年代开始得到了快速的发展。SOFC与传统的发电技术相比不受卡诺循环的限制，发电效率大大提高，并且SOFC发电过程中只产生水，真正达到了零污染，所以SOFC在高效和环境友好方面显示出了传统发电技术无法比拟的优势。

传统的SOFC选用的电解质材料氧化钇稳定的氧化锆（YSZ),YSZ在800-1000℃时显示出很高的离子电导率，并且在高温环境下稳定性良好。但是高温工作环境对电池的其它关键材料提出很大挑战，会发生许多界面反应和电极烧结退化。所以为了使SOFC具有商业化条件，必须降低工作温度至800℃以下，这样就可以避免电池组件之间的相互作用及电极的烧结退化，扩大电池结构的选择范围，降低SOFC的制作成本和操作费用。

降低SOFC操作温度的关键在于开发出新型的中温电解质材料，其中复合材料由于具有优越的复合效应，显示出很大的潜力。目前研究较多的是CeO₂基复合材料，其中有SDC-碳酸盐、SDC-BCZY两大类。对于这两种复合材料，目前比较常用的制备方法是固相合成法，即分别合成出两种粉体后，然后再将两种粉体研磨进行复合。但是这种方法研磨不够充分，合成出的复合粉体两相复合的均匀性较差，分散性不够好。并且由于要分别制得两种粉体，也增加了实验的操作的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种复合电解质粉体的制备方法，该方法制备的复合粉体两相混合均匀、分散性好，可用于中低温固体氧化物燃料电池。

所述复合电解质粉体的制备方法主要包括如下步骤：

1）将硝酸钐，硝酸铈和氨水进行混合，得到沉淀物；

2）将步骤1）的沉淀物放入水热釜中处理，得到粉体；

3）用洗涤溶剂冲洗步骤2）的粉体后干燥，得到SDC粉体；

4）配制硝酸盐溶液和尿素的复合液；

5）将步骤3）的SDC粉体加入步骤4）的复合液中搅拌，得到悬浮液；

6）将步骤5）的悬浮液加热，得到糊状物；

7）将步骤6）的糊状物煅烧, 得到复合电解质粉体。

优选地，步骤1）按化学计量比配制硝酸钐和硝酸铈的混合溶液，边搅拌边滴加氨水，调节PH值为10，直到不再产生沉淀为止。

优选地, 步骤2）将沉淀物用去离子水冲洗2-3遍，之后放入水热釜中，在250℃水热处理10h。

优选地, 步骤3）用洗涤溶剂冲洗水热处理后的粉体3遍，将粉体在350℃干燥一昼夜除去残存的洗涤溶剂, 得到SDC粉体。所述的洗涤溶剂优选为正丁醇。

优选地, 步骤4）中按金属离子与尿素的摩尔比1:20向混合溶液中加入尿素充分搅拌至沉淀剂完全溶解, 得到复合液。

优选地, 步骤6）中悬浮液置于油浴中加热, 加热温度恒定为85℃。

优选地, 步骤7）中糊状物在马弗炉中煅烧，煅烧温度为800-1000℃, 煅烧时间为6-8h。

为克服传统固相法的缺点，本发明主要分为两大步进行：第一步采用水热法合成出SDC粉体，水热法合成的粉体粒径较小，且颗粒为球形，有利于与复合相进行复合。第二步是关键，与传统固相法不同的是：这里SDC并不是与复合相直接固-固混合，而是在溶液环境下将第二相生成和两相复合的两个过程同时进行。在第二相沉淀的过程中，SDC粉体可以作为第二相的沉淀核心，进而能达到均匀复合的效果，进而可以提高复合物的烧结性能，降低复合电解质的烧结温度。

附图说明

图1为SDC粉体SEM图。

图2为900℃和1000℃煅烧后的XRD图。

图3为复合粉体的SEM图。

图4为1200℃烧结的表面SEM图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述方法做进一步说明。

实施例1:SDC-BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.2O₃复合电解质粉体的合成