[发明专利]一种新型中低温SOFC电解质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及到一种中低温SOFC电解质材料及其制备方法。

技术背景

固体氧化物燃料电池(SOFC)的中低温化是SOFC商业化发展的必然趋势，而在中低温时具有高氧离子电导率的固体电解质材料是实现SOFC中低温化的关键．因此，近年来研究和探索适用于中低温SOFC的新型电解质材料已成为SOFC领域的研究热点之一，其中具有低活化能和高氧离子电导率的磷灰石型硅酸镧系氧化物受到了人们广泛关注。

目前，制备具有磷灰石结构的硅酸镧电解质材料所需的粉体大多由传统高温固相反应法合成得到，其过程常以氧化镧和氧化硅为原料，通过机械混合研磨，再经高温固相反应得到目标产物．然而，由于机械混合的不均匀性和固相反应的不完全，高温固相反应法合成硅酸镧时常伴有绝缘相La2Si207的产生，影响了电解质材料的性能．此外，硅酸镧粉体属于难烧结材料，用固相反应法制备的粉体由于颗粒大和粒度分布不均匀，往往需要在1700℃以上长时间烧结才能满足致密性的要求，给高质量电解质材料的制备带来了很大的困难．同时，也不利于电解质同其他电池组件的共烧。因此，如何合成与制备超细、高烧结活性的单相硅酸镧粉体材料已成为硅酸镧电解质材料制备的重要环节。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种中低温SOFC电解质材料及其制备方法。

为了解决以上问题，所采取的技术方案是：

一种中低温SOFC电解质材料，其特征在于，包含以下摩尔分数份的原料：硝酸镧10~18%，硅酸乙酯5~15%，柠檬酸20~40%，乙二醇40~60%。

优选地，一种中低温SOFC电解质材料，其特征在于，包含以下摩尔分数份的原料：硝酸镧13~16%，硅酸乙酯10~15%，柠檬酸25~30%，乙二醇45~50%。

优选地，一种中低温SOFC电解质材料，其特征在于，包含以下摩尔分数份的原料：硝酸镧15.5%，硅酸乙酯12%，柠檬酸26%，乙二醇46.5%。

优选地，在凝胶体系中加入硝酸铵，作为燃烧体系所需的氧化剂，使自燃烧反应的程度、放热量、燃烧温度均得到提高。

优选地，在制备凝胶体系，采用无水乙醇作为溶剂，防止中间产品水解。

一种中低温SOFC电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按摩尔分数份称量好各种原料；

（2）将柠檬酸和乙二醇溶解于适量的乙醇中；

（3）加入硅酸乙酯，搅拌得到透明的溶液；

（4）加入硝酸镧，加热至80~100℃，搅拌至硝酸铵完全溶解；

（5）加入硝酸铵；

（6）滴加氨水调节PH至2.5~2.9之间；

（7）加热搅拌至形成溶胶和凝胶；

（8）将溶胶和凝胶在80℃烘箱中烘干；

（9）将所得干凝胶置于马弗炉中，加热至350℃诱发自燃烧过程的发生，得到疏松的粉末状产品。

有益效果

本发明所制作的中低温SOFC电解质材料，粉体具有单相磷灰石型晶体结构，颗粒尺寸约为150~300nm、比表面积为5.54m²/g。粉体具有良好的烧结活性，在1500℃烧结结10h时即可得到相对密度为90％的陶瓷烧结体，此烧结体在800℃的电导率为2×10^-3s/cm，电导活化能为0.73eV。

具体实施例

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明，但是本发明并不限于这些实例。

实施例一

（1）按摩尔分数份取以下原材料：硝酸镧15.5%，硅酸乙酯12%，柠檬酸26%，乙二醇46.5%；

（2）将柠檬酸和乙二醇溶解于适量的乙醇中；

（3）加入硅酸乙酯，搅拌得到透明的溶液；

（4）加入硝酸镧，加热至80~100℃，搅拌至硝酸铵完全溶解；

（5）加入硝酸铵；

（6）滴加氨水调节PH至2.5~2.9之间；

（7）加热搅拌至形成溶胶和凝胶；

（8）将溶胶和凝胶在80℃烘箱中烘干；

（9）将所得干凝胶置于马弗炉中，加热至350℃诱发自燃烧过程的发生，得到疏松的粉末状产品。

将得到的粉末状产品进行电镜扫描，观测粉体颗粒的粒度大小，并通过真空脱气后测试比表面积，在1500℃进行烧结10h后，测试密度、电导率。

实施例二

（1）按摩尔分数份取以下原材料：硝酸镧10%，硅酸乙酯15%，柠檬酸25%，乙二醇50%；