[发明专利]一种质子传导的中低温固体氧化物燃料电池电解质

说明书

本发明公开了一种质子传导的中低温固体氧化物燃料电池电解质，其化学式为Li_13.9Sr_0.1Zn(GeO₄)₄，是采用溶胶凝胶‑燃烧法制备而成。所得中低温固体氧化物燃料电池电解质在潮湿的5%H₂和95%Ar混合气氛下、600℃时的电导率可达0.075S/cm，满足中低温SOFC对电解质材料的要求。

技术领域

本发明属于于燃料电池材料技术领域，具体涉及一种质子传导的中低温固体氧化物燃料电池电解质。

背景技术

能源是人类发展过程中的主要资源，它对人类的衣、食、住、行等方面具有决定性的影响。目前世界上的主要能源还是以化石能源(煤炭、天然气、石油)为主。由于传统化石能源的储备有限以及所带来的全球生态环境污染，世界各国纷纷采取切实措施保护环境、开发新能源。我国是一个能源消费大国，能源紧张问题尤为突出，更迫切需要开发高效利用燃料的相关技术和方法。

固体氧化物燃料电池（SOFC）能够将存在于燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。燃料电池与传统电池的不同之处在于它的燃料和氧化剂并不是储存在电池内部，而是来自外部的供给，只要不断地向其提供燃料和氧化剂，就可以不断地发电。由于在反应过程中不涉及燃烧，它可以高效地将燃料中的化学能转变为电能，同时大大降低污染物的排放。SOFC的工作温度在500℃~1000℃，其副产物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。因此，燃料电池被认为是21世纪最具前途的高效、节能、环保的发电方式。

目前已经被商业应用的SOFC的工作温度一般都在1000℃，在如此高的温度下工作使得SOFC存在许多问题，如电极致密化、连接体材料要求高以及电池密封性能不好等。因此，SOFC工作温度的降低是有效降低其系统成本，提高其稳定性的途径。传统的电解质材料已经不适用于中温环境下工作，而质子具有体积小和质量轻的优点，在中低温下具有较低的离子传导活化能，因此质子导电氧化物是一种可应用于中低温工作的SOFC电解质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子传导中低温固体氧化物燃料电池电解质，其在中低温工作条件下可以获得高的电导率，满足中低温SOFC对电解质材料的要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种质子传导的中低温固体氧化物燃料电池电解质，其特征在于：其化学式为Li_13.9Sr_0.1Zn(GeO₄)₄，是采用溶胶凝胶-燃烧法进行制备；其制备方法包括如下步骤：

（一）Li_13.9Sr_0.1Zn(GeO₄)₄的制备：

1）按Li_13.9Sr_0.1Zn(GeO₄)₄化学计量比称取LiNO₃、Sr(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂·6H₂O、GeO₂，并按金属阳离子与EDTA、柠檬酸的摩尔比为1:1:1.5称取EDTA和柠檬酸；

2）用质量浓度为10%-15%的氨水溶液将EDTA溶解；

3）将LiNO₃、Sr(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂·6H₂O和柠檬酸分别加入到蒸馏水中进行溶解；

4）将GeO₂加入蒸馏水中，在100℃油浴条件下搅拌并冷凝回流2h；