[发明专利]一种掺杂钇的质子传导中温固体氧化物燃料电池电解质

说明书

本发明公开了一种掺杂钇的质子传导中温固体氧化物燃料电池电解质，所述电解质的化学式为Nd₂Ce_1.9Y_0.1O_7‑δ，其中0.1＞δ＞0。本发明以Nd(NO₃)₃·6H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O和Y(NO₃)₃·6H₂O为原料，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸，采用柠檬酸‑硝酸盐溶胶凝胶法制备新型Y³⁺掺杂的Nd₂Ce_1.9Y_0.1O_7‑δ，经1500℃保温5h的电解质片其相对致密度达到99.9%；在湿润的5%H₂和95%Ar混合气氛下700℃时电导率达到0.014S/cm，该电解质具有十分有效降低燃料电池工作温度的特点，适合运用在中低温固体氧化物燃料电池电解质。

技术领域

本发明属于燃料电池电解质的制备领域，具体涉及一种掺杂钇的质子传导中温固体氧化物燃料电池电解质。

背景技术

能源和环境问题，是当今社会面临的主要问题。目前，在世界范围内主要的发电方式仍以燃烧煤、石油、天然气为主。然而，这些资源自身储量有限，并且其燃烧过程会带来的严重环境问题。因此，当代能源科技的主题是开发新型的经济、洁净能源。

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell，SOFC)是缓解能源问题及其带来的环境问题的有效方案之一。化石燃料的燃烧的过程是一个不可逆过程，其在提供动力的同时也伴随着效能的极大浪费。而固体氧化物燃料电池可以绕过燃烧这一过程而直接将化学能高效的转化为电能，效率的提高也等同于能量的节约与污染物的减排，与此同时SOFC的逆过程又可以将多余的电能转化为化学能，因而更易于储存与运输。固体氧化物燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置愈发受到人们的重视。

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：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工作温度的降低可有效地降低系统的成本并提高稳定性。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低温工作SOFC的电解质。本发明的质子电解质材料在中温工作条件下可以获得高的电导率，且在CO₂和H₂O环境下具有良好稳定性，是一种能满足目前性能要求的中低温SOFC电解质材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种掺杂钇的质子传导中温固体氧化物燃料电池电解质。本发明为了提高中低温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用柠檬酸-硝酸盐溶胶凝胶法制备新型Y³⁺掺杂的Nd₂Ce_1.9Y_0.1O_7-δ，经1500℃保温5h的电解质片其相对致密度达到99.9%；在湿润的5%H₂和95%Ar混合气氛下700℃时电导率达到0.014S/cm，该电解质具有十分有效降低燃料电池工作温度的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂钇的质子传导中温固体氧化物燃料电池电解质，其化学式为Nd₂Ce_1.9Y_0.1O_7-δ，其中0.1＞δ＞0；所述电解质的制备方法具体包括以下步骤：

（一）Nd₂Ce_1.9Y_0.1O_7-δ的制备：