[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法和应用

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，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法和应用。

背景技术

全球对能源的需求日益扩大，并逐渐重视环境恶化的问题，传统的能源体系将无法适应社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，能源的发展将面临巨大的挑战，因此燃料电池将成为二十一世纪重要的能源装置。固体氧化物燃料电池（SOFC）通过电化学反应过程使化石类燃料中的化学能直接转化为电能，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了NOx、SOx、CO、CO2以及粉尘等污染物的产生；SOFC的工作温度在500℃~1000℃，其副产品是高品质的热和水蒸气，在热–电联供的情况下，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统。

传统SOFC的工作温度高（900~1000℃），高温运行加速了部件间的相互反应和扩散，电池性能衰减速率增大，这样必然对电极材料和连接件等材料的性能提出更高的要求，从而增大电池系统费用，大大限制了SOFC的商业化发展。因此，要使SOFC商业化发展，就要降低SOFC工作温度，开发中低温SOFC已成为必然趋势。在SOFC系统中，电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着SOFC电池的工作温度和性能。传统的电解质已无法适用于中低温条件，因此就必须寻求在中低温下具有高电导率的电解质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法和应用，制得的电解质的相对致密度达到100%，在空气气氛下500℃时离子电导率为0.0175S/cm，600℃时离子电导率达到0.0243S/cm，用于中低温固体氧化物燃料电池中，输出功率密度增大，使固体氧化物燃料电池具有更好的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体氧化物燃料电池电解质的组分按摩尔百分数计：50%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-10.4%Li₂CO₃-10.4%Na₂CO₃-16.7%CdO-12.5%MgO。

制备方法：先采用硝酸盐凝胶燃烧法制备Ce_0.8Gd_0.2O_1.9，再采用固相搅拌法制备50%Ce_0.8Gd_0.2O_1.9-10.4%Li₂CO₃-10.4%Na₂CO₃-16.7%CdO-12.5%MgO。

具体步骤如下：

1）Ce_0.8Gd_0.2O_1.9的制备

a)按Ce_0.8Gd_0.2O_1.9化学计量比称取Ce(NO₃)₃·6H₂O和Gd₂O₃，并按金属阳离子与柠檬酸根离子的摩尔比为1.5:1称取柠檬酸；

b)用浓度为10-15wt.%的稀硝酸溶解Gd₂O₃；

c)将Ce(NO₃)₃·6H₂O和柠檬酸分别在蒸馏水中溶解；

d)将步骤c)的两种溶液分别倒入步骤b)的硝酸钆溶液中，逐滴加入氨水，调节pH值为7；

e)将步骤d)得到的混合溶液边搅拌边加热至45℃，恒温连续搅拌，并在搅拌过程中通过滴加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；

f)将凝胶加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；

g)将粉末加热至790-810℃，保温2.9-3.1小时，自然冷却，制得Ce_0.8Gd_0.2O_1.9粉末；

2）电解质的制备