[发明专利]Sc2O3稳定ZrO2基电解质粉体、其制备方法及Sc2O3稳定ZrO2电解质陶瓷片

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池电解质制备领域，涉及一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体、其制备方法及Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片。

背景技术

固体氧化物燃料电池（简称SOFC）作为高效清洁的新能源，具有很广阔的应用前景。国外如美国风险企业Bloom Energy已于2010年公开了其SOFC产品，而在国内，由于起步晚以及国外技术封锁，SOFC的研究尚处于发展阶段。SOFC包括电解质、阳极、阴极、连接体材料和密封材料，其中电解质材料是最核心的部件，其性能（电导率、稳定性、热膨胀、致密化温度等）直接影响SOFC的工作温度及电能转换效率，所以必须具有以下条件：1）离子电导率高，电子电导可以忽略不计；2）高的化学稳定性；3）热膨胀系数等与电极材料匹配、相容；4）能制备成高强度的致密薄膜，且成本低，无毒等。

目前通常使用的是氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ），但由于其使用温度太高，导致电解质、电极和连接体材料在高温下的化学稳定性不够，从而制约固体氧化物燃料电池（SOFC）的发展和使用，要发展中低温固体氧化物燃料电池，必须开发出低温下离子电导率高的电解质材料。为了改善氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ）的性能，研究人员提出很多改良方案，例如：

（1）安胜利等人以正丙醇锆(C₁₂H₂₈O₄Zr)和Sc₂O₃为原料，采用共沉淀方法合成氧化钪稳定氧化锆(9mol%Sc₂O₃；ScSZ)粉末，但其使用的锆原料价格昂贵，不适用与工业化生产。

（2）江西泛美亚材料有限公司其专利CN201010151728.6介绍了采用常压水解反应和低压水热反应制备氧化钪稳定氧化锆粉体，但其工艺较复杂，工艺对所使用设备要求高，难实现工业化生产。

虽然在现有技术中提出了许多针对氧化钇稳定的氧化锆材料（YSZ）的改良方法，但是现有的ScSZ粉体的制备方法，如溶胶-凝胶法所需原料昂贵，水解-水热法对设备要求比较高，共沉淀法容易产生硬团聚等，很难实现工业化大生产，这严重阻碍了SOFC行业的发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体及其制备方法及Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质陶瓷片，以降低Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质材料的原料价格。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体，该Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体是以硝酸氧锆、Sc₂O₃、可选的CeO₂、硝酸和可选的辅料为原料，以碳酸氢铵-氨水缓冲体系为沉淀剂，经共沉淀-喷雾-热处理法形成的主体相为立方相的粉体。

进一步地，上述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体以ZrO₂为基底，Sc₂O₃的掺杂量为8～10mol%、CeO₂的掺杂量为0～3wt.%；优选原料混合所得的混合体系中总金属离子摩尔浓度为0.3～1mol/L；优选所述Sc₂O₃稳定ZrO₂电解质粉体中立方相含量>95%，优选所述Sc₂O₃稳定ZrO₂基电解质粉体晶体尺寸为20-50nm，团聚粒径大小D₅₀<0.5μm。

进一步地，上述碳酸氢铵-氨水缓冲体系中碳酸氢铵的摩尔量为所述原料混合所得的混合体系中总金属离子摩尔量的4～10倍，优选地，所述碳酸氢铵-氨水缓冲体系的PH值为7～10。