[发明专利]用钴镍锂氧化物与掺杂氧化铈复合材料制造无电解质隔膜燃料电池在审
申请号: | 201410070104.X | 申请日: | 2014-02-28 |
公开(公告)号: | CN104882623A | 公开(公告)日: | 2015-09-02 |
发明(设计)人: | 朱斌;陆玉正 | 申请(专利权)人: | 南京蕴纳纳米科技有限公司 |
主分类号: | H01M8/10 | 分类号: | H01M8/10;H01M8/12 |
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地址: | 210038 江苏省南京市*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用钴镍锂 氧化物 掺杂 氧化 复合材料 制造 电解质 隔膜 燃料电池 | ||
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池(SOFC)技术领域,具体涉及一种用钴镍锂氧化物与与掺杂氧化铈复合材料。
背景技术
最近出现的一种新型构型的无电解质燃料电池,只是一个部件,不要电解质隔膜也不用阳极、电解质、阴极结构三部件构型,其简单的结构和技术,除去了电解质的限制和对操作温度的要求,显示了巨大的商机和燃料电池产业化的前景。文献Advanced Functional Materials and Energy Enviornmental Science报道了基于半导体和离子导体材料的均匀混合的单部件成功获得了传统阳极。电解质和阴极三部件燃料电池相当的燃料电池性能。Nature Nanotechnology选为研究亮点报道并命其名名为“三合一Three in One”.
在无电解质燃料电池的单部件材料中,合适的半导体和离子导体材料的配比和匹配是决定性的因素。
中国专利号201010593786.4提出了采用掺杂氧化铈和商业钴镍锂氧化物复合材料构造该单部件燃料电池,并取得了良好的性能。但是广泛的金属氧化物材料还远远没有开发使用。商业钴镍锂氧化物材料是锂电池正极中使用较多的一种材料,生产量较大价格便宜,至今还没有见到关于采用它来实现300-600℃低温固体氧化物燃料电池,更没有用在单部件燃料电池的相关报道。
发明内容
本发明的目的是采用商业钴镍锂氧化物与稀土氧化物复合材料制造低温固体氧化物燃料电池,解决SOFC燃料电池在低温(300-600℃)下操作的技术问题。
本发明是这样实现的。本发明的燃料电池单部件材料是复合材料,其组成为:1、
选自Ca2-,Sm3+,Gd3+和Y3+任何一种或者两种元素对氧化铈进行掺杂,摩尔比例为1-99%;2、进一步加入1-98%的商业钴镍锂氧化物形成复合材料。
具体步骤如下:
在所述步骤1中以硝酸铈为主体材料选择掺杂离子为Ca2+和其它3价稀土元素如Sm3+,Ga3+和Yi3+的硝酸化合物,其掺杂离子浓度在1-30mol%区间。制备各种离子掺杂氧化铈的溶液。然后用碳酸钠为沉淀剂获得离子掺杂氧化铈母体,抽滤,洗涤,干燥最后经800℃煅烧1-10小时获得离子掺杂氧化铈;
2)进一步和商业钴镍锂氧化物制备复合材料
干法直接混合
将上述制备的离子掺杂氧化铈和商业钴镍锂氧化物按照不同的重量比在1-95%之间称量;加入溶剂酒精或丙酮也可以不加,两种直接进行混合,用球磨机研磨24小时。得到含掺杂氧化铈和商业钴镍锂氧化物的复合材料;
或者湿法混合
将商业钴镍锂氧化物按照不同的重量在1-95℃之间称量,加入上述制备的离子掺杂氧化铈的混合溶液中,在90℃加热进行充分的搅拌。得到的混合商业钴镍锂氧化物和掺杂氧化铈的糊状溶液,搅拌均匀后,烧干得到微细粉;将所得的微细粉在500-850℃烧结1-20小时,即获得含掺杂氧化铈-商业钴镍锂氧化物的复合材料。
所述燃烧过程也可分步进行,即,将粘稠的凝胶放在马夫炉中加热至300-500℃,料体燃烧去除可燃物质,得到蓬松的微细粉体;继续加热到700-850℃,烧结1-20小时,最后得到质地蓬松的的复合物,即为可用于300-600℃低温无电解质隔膜的SOFC单部件材料。
将上述制备的离子掺杂氧化铈和商业钴镍锂氧化物材料采用干法粉体在10-30MPa压力下成型片状单部件燃料电池,并在该电池两面涂以银浆为集电极得到燃料电池器件。在600℃下预烧结0.5-2.0小时烧结也可不烧结直接测量。后者一般用泡沫镍为衬底来进行干粉压制。
与现有的氧化物燃料电池材料相比,本发明具有以下突出优点:
1.本发明使用廉价的商业钴镍锂氧化物材料制备燃料电池,有利于大大降低成本。
2.本发明中的单部件燃料电池,避免和解决了复杂的燃料电池阳极、电解质和阴极的复杂构造,也避免了这些材料直接的化学和物理特性的匹配难题
3.单部件燃料电池的使用,无疑可以将SOFC的技术进一步推向低温、高性能,降低了制造成本,为进一步发展具有市场竞争性SOFC的产品开辟了一条新的路子。
4.因为单部件复合材料,其构造的燃料电池没有材料的匹配难题,也没有传统SOFC陶瓷的热脆裂缺点使低温、高性能SOFC技术的实现更拓展了其在交通和移动电源、动力的应用,而不仅仅限于传统的SOFC在固定电站的使用范围。
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