[发明专利]一种锡酸钡基复相电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锡酸钡基复相电解质材料及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。本发明利用Zn和Y共掺杂的方式，获得易烧结、高电导率和化学稳定性BaSn_0.5Y_0.46Zn_0.04O_2.73为基体；通过溶胶‑凝胶与球磨相结合的方法使第二相Ce_0.8Sm_0.2O_2.9均匀包裹在BaSn_0.5Y_0.46Zn_0.04O_2.73的表面，获得具有核壳结构的纳米复相材料。基于两相界面的质子和氧离子快速传导机理，获得易烧结、高稳定性和高电导率的质子/氧离子共传导BaSn_0.5Y_0.46Zn_0.04O_2.73/Ce_0.8Sm_0.2O_2.9复相电解质材料。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别涉及高导电性复相电解质材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFCs）作为一种全固态高效、清洁、环境友好的能源转换装置，其广阔的应用前景受到人们的高度关注，被誉为最有前景的新能源技术之一。然而，目前固体氧化物燃料电池还存在一些重大科学和技术问题亟待解决，如较高的工作温度(800－1000 ℃)，这增加了材料选择难度和制造成本，降低了燃料电池的使用寿命，严重制约了SOFCs的商业化发展。因此，提高固体电解质材料的电导率，使其在300~600 ℃时达到0.01~0.1 S cm^-1，是高性能SOFCs的基本要求之一，也是SOFCs商业化需要解决的关键问题之一。

传统的SOFC电解质材料，如Y掺杂ZrO₂需要在1000℃高温下电导率才能达到0.1 Scm^-1，而掺杂CeO₂（如Sm或Gd掺杂CeO₂）在800℃下电导率可达到0.1 S cm^-1，但该材料在低氧分压条件下，存在电子导电，这抑制了其在SOFC的应用。

钙钛矿型质子导体材料被认为是一种理想的中低温SOFCs的电解质材料。掺杂的BaCeO₃材料因其在中低温下具有较高的质子电导率而受到广泛的关注，然而，在600 ℃以下，其在高浓度含量的CO₂和H₂O长期稳定性是一个问题，而掺杂BaZrO₃在CO₂和H₂O下具有非常好的化学稳定性、力学性能和高晶粒电导率，但该材料的难烧结性和高晶界电阻妨碍了该材料的实际应用。