[发明专利]一种燃料电池的铌改性掺杂铈酸钡电解质及制备方法

说明书

一种燃料电池的铌改性掺杂铈酸钡电解质及制备方法，按化学计量比将钡源、铈源、掺杂金属盐、分散剂、粘接剂混合，以水为介质进行球磨1～12小时，干燥、研磨、过筛得到多孔掺杂铈酸钡电解质前驱体；然后添加铌源，均匀混合，在200～600℃预烧1～5小时，然后研磨1～3小时，得到铌掺杂铈酸钡电解质前驱体粉末；最后添加烧结助剂，研磨至均匀混合物，接着将混合物装入模具压成片状，压力为20～150MPa，保持150～300MPa静压力1～4小时，在600～1000℃空气气氛中烧结1～12小时，然后自然冷却至室温，自来水洗涤，干燥，得到BaCe_0.8M_0.2‑xNb_xO₃钙钛矿型电解质膜。本发明通过Nb³⁺替位掺杂金属盐对掺杂铈酸钡进行改性，防止其在高温下与水蒸汽和CO₂发生反应分解，提高了电解质的稳定性。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种燃料电池的铌改性掺杂铈酸钡电解质及制备方法。

背景技术

ABO₃型钙钛矿的晶体结构为立方晶系，图中较大的球体代表A位上的阳离子位于立方体的顶点，通常由离子半径较大的Ba²⁺、Sr²⁺和Ca²⁺等离子占据；较小的球体代表氧离子，处在每一个面的面心位置；B位上的离子在立方体的体心位置，通常是由离子半径较小的Ce⁴⁺或Zr⁴⁺等离子占据，处于氧八面体的间隙位置。

在钙钛矿型质子导体电解质的A位掺杂来改善材料电学性能的方法是：A位阳离子的置换或者偏移化学计量比。

美国学者Shima等人研究了BaxCeO_3±δ和BaxCe_0.85Gd_0.15O_3–δ(x=0.96，0.99， 1.00，1.01，1.04)材料，结果表明：Ba含量的增加可以提高电导率并且有Gd掺杂的材料可以将过量的Ba固溶进入钙钛矿晶体结构中。英国学者Barison等人以Ba_1+xCe_0.65Zr_0.20Y_0.15O_3–δ(x=0，0.05，0.10)为研究对象，发现A位Ba的含量对电导率和在CO₂中的稳定性都有影响；当x =0.05时，电导率最高。

专利申请号CN201110359568.9公开了Yb和Y共同掺杂锆铈酸钡复相结构质子导体材料及其制备方法，通过高温固相法制备的Ba_xCe_0.50Yb_0.40Y_0.10O_3–δ(x=0.95， 0.97， 1.00，1.03，1.05)体系材料中，Ba的含量增加会提高电导率和化学稳定性。

专利申请号CN201210003413.6公开了钇掺杂锆铈酸钡_无机盐复相结构质子导体材料及其制备方法，在锆铈酸钡的A位掺杂了K₂CO₃，结果表明在A位适当的掺杂K₂CO₃可以提高材料的电导率。

但由于铈酸钡在中高温条件下容易与环境中的水蒸气和CO₂发生反应，生成碳酸钡和氢氧化钡等物质，其化学稳定性较差。因此，在钙钛矿型质子导体电解质的B位进行低价阳离子的掺杂可以很大程度地提高材料的电导率，使得这种电解质材料可以适用于中高温范围的SOFCs的应用性能。

发明内容

针对上述钙钛矿型质子导体电解质存在的高温条件下稳定性差的问题，本发明提出一种燃料电池的铌改性掺杂铈酸钡电解质及制备方法，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种燃料电池的铌改性掺杂铈酸钡电解质的制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：