[发明专利]用于电解水的消除内短路的氧化铈基固体电池及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种用于电解水的消除内短路的氧化铈基固体电池及其制备方法和用途，电池至少包括依次设置的NiO‑BZCY层、SDC粉层以及SSC‑SDC涂料层。制备方法至少包括以下步骤：(1)称取NiO‑BZCY粉均匀的平铺在磨具垫片上压片，获得的NiO‑BZCY片子；(2)称取SDC粉均匀的分散铺在NiO‑BZCY片子上进行压片，高温煅烧，得到NiO‑BZCY/SDC半电池所述SDC粉层不含有NiO；(3)将SSC‑SDC浆料涂覆到步骤（2）得到的半电池的表面，高温煅烧。所述电解池提高电池开路电压和电解电流密度。

技术领域

本发明涉及一种用于电解水的消除内短路的氧化铈基固体电池及其制备方法和用途，属于化学领域。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭、环境污染的加剧和全球变暖，开发和利用可再生的清洁能源对于人类社会可持续发展有着十分重要的意义。由于氢具有能量密度高、可储存、可运输、对环境友好等优点，被视为最理想的二次能源载体。电解水制氢技术工艺过程较为简单，产品纯度高。若结合清洁能源如核能、太阳能、风能，则有望大规模制备廉价绿色氢气。目前，水蒸汽电解的注意力主要集中在高温固体氧化物电解制氢(800℃-1000℃)。但由于操作温度太高，设备制造成本以及长周期稳定性都有一问题，至今尚没有大规模示范。降低固体氧化物电解制氢技术的工作温度至中温化(600℃-700℃)，有望突破规模应用的瓶颈。

然而随着固体氧化物电解制氢工作温度降低，会带来电解质离子电导率降低引起的欧姆损失问题，从而直接影响到电解池的电化学性能。在众多对电解质材料的研究中，掺杂CeO₂在中温具有良好的离子电导率。目前研究较多的是掺杂量为20％的Sm_0.2Ce_0.8O_2-δ(SDC)，然而CeO₂在较高温度(＞600℃)和低氧分压(10^-14atm以下)中，Ce⁴⁺易被还原Ce³⁺，造成晶格体积膨胀并产生电子电导，从而导致电池内部短路，最终影响电池的开路电压和整体电化学性能。有相关研究采用双层电解质，即在电极的一端再制备一层致密电解质(如，Sr,Mg掺杂的LaGaO₃，Y₂O₃稳定的ZrO₂等)，以此阻隔电子电导在内部的迁移。但这种方法相对较为复杂，牵涉到的工艺步骤较多，而且界面处的热膨胀匹配以及结构和化学稳定性都有待考察；此外掺杂的ZrO₂离子电导率较低也会影响电化学性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于电解水的消除内短路的氧化铈基固体电池及其制备方法和用途，用于解决现有技术中Sm_0.2Ce_0.8O_2-δ(SDC)电解质在高温固体氧化物电解水制氢系统中的内部短路问题的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于电解水的消除内短路的氧化铈基固体电池，所述电池至少包括依次设置的NiO-BZCY层、SDC粉层以及SSC-SDC涂料层，所述SDC粉层不含有NiO。

优选地，所述SDC粉层的厚度为13-39μm。

优选地，所述NiO-BZCY片子的厚度为1mm-1.5mm。

本发明的另外一个方面提供了上述所述SDC粉层不含有NiO的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

(1)称取NiO-BZCY粉均匀的平铺在磨具垫片上压片，获得的NiO-BZCY片子；

(2)称取SDC粉均匀的分散铺在NiO-BZCY片子上进行压片，高温煅烧，得到NiO-BZCY/SDC半电池；

(3)将SSC-SDC浆料涂覆到步骤(2)得到的半电池的表面，高温煅烧。