[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

本发明属于燃料电池电解质，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。本发明采用溶胶凝胶燃烧法，电解质为Bi₇WO_13.5。该电解质在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。本发明的电解质性能优异，充分降低了电解质的工作温度，工作温度在中温（500℃‑700℃）范围内具有高的电导率。

技术领域

本发明属于燃料电池电解质，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

随着全球对能源的需求日益扩大，世界各国政府逐渐重视环境恶化的问题。传统的能源体系将无法适应社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，能源的发展将面临巨大的挑战，因此燃料电池将成为二十一世纪重要的能源装置。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，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了有毒气体以及粉尘等污染物的产生；SOFC的工作温度在500℃~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。

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，以此大大增加了SOFC的成本限制了其商业发展。为了SOFC商业化发展就必须将其工作温度降低，而电解质作为SOFC中最为核心的部分，电解质材料若能在相对低的温度下获得良好的性能，则可以获得中温理想的SOFC。传统的电解质材料已经不适用于中温环境下工作，所以必须开发新型电解质材料。本发明的电解质材料在中温工作条件下可以获得高的电导率，以满足目前所需的能使用于中低温SOFC的电解质材料。

溶胶—凝胶法作为低温或温和条件下合成无机材料的重要方法，在化学合成中占有重要地位，该方法可以使得反应物在分子水平上进行均匀的混合。一般认为溶胶—凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内。与固相反应相比，溶胶—凝胶法化学反应更容易进行；另外，溶胶凝胶法制得样品粒径分布均匀，并且可以通过控制反应条件控制粒径，并制得不同的微观结构，从而影响样品的性能。本发明就是采用溶胶—凝胶法制备电解质材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。电解质在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。本发明的电解质性能优异，充分降低了电解质的工作温度，在中温（500℃-700℃）范围内具有高的电导率。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种中温固体氧化物燃料电池电解质，所述的电解质为Bi₇WO_13.5电解质，在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。

一种制备如上所述的中温固体氧化物燃料电池电解质的方法，包括以下步骤：

1）Bi₇WO_13.5粉末的制备：

①按Bi₇WO_13.5的化学计量比称取Bi(NO₃)₃·5H₂O、(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·xH₂O，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；

②将Bi(NO₃)₃·5H₂O溶解在硝酸溶液中制得硝酸铋溶液；