[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法

说明书

本发明属于固体电解质的制备领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。本发明采用硝酸盐凝胶燃烧法制备一种中温固体氧化物燃料电池电解质，电解质为Ce_0.85La_0.11In_0.04O_2‑δ‑Bi_1.5Er_0.5O₃复合电解质，其中0＜δ≤0.075。其相对致密度达到97%以上；该电解质在空气气氛下700℃时离子电导率达到1.71×10^‑2S/cm。

技术领域

本发明属于固体电解质的制备领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。

背景技术

能源是一个国家国民经济发展的命脉，也是衡量文明发达程度、人民生活水平和国家综合国力的重要指标。近年来，我国国力突飞猛进，对能源的需求也与日剧增。目前使用较多的化石燃料(如石油、煤炭)不仅燃烧效率较低会对环境造成污染且不可持续发展，因而新能源的发展需求迫在眉睫。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，SOFC不受卡诺循环影响，极高的提高了能量的转化效率，避免或减少了NOx、SOx、COx以及粉尘等污染物的产生；SOFC的工作温度在600℃~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。因而SOFC被公认为是最具发展前景的电池之一。

传统SOFC的工作温度位于900~1000℃之间，较高的工作温度在电池的运行过程中会促进电池各部件间的相互反应和扩散，降低电池的使用寿命，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，造成生产的成本上升，限制了SOFC的商业化发展。因此，要使SOFC商业化发展，就需要降低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。本发明的电解质在中低温的使用条件下，导电率高；用该电解质制成的单电池的电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。

发明内容

为了提高中温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用硝酸盐凝胶燃烧法新型Ce_0.85La_0.11In_0.04O_2-δ(CLIO)-Bi_1.5Er_0.5O₃(ESB)复合电解质，其相对致密度达到97%以上；在空气气氛下700℃时电导率为1.71×10^-2S/cm。

制备方法：

1.Ce_0.85La_0.11In_0.04O_2-δ(0＜δ≤0.075)(CLIO)制备方法：

1）按照化学计量比准确称量原料Ce(NO₃)₃·6H₂O、La(NO₃)₃·nH₂O、In(NO₃)₃·4.5H₂O，络合剂柠檬酸按照[n(CA):n(金属阳离子)=1.5:1]称取；

2）Ce(NO₃)₃·6H₂O、La(NO₃)₃·nH₂O、In(NO₃)₃·4.5H₂O和柠檬酸分别用去离子水溶解，混合以上溶液并搅拌均匀；

3）滴加氨水（氨水浓度为15wt%-20wt%）调节pH值为7。