[发明专利]一种基于氧化锌-氧化亚锡复合材料的低温固体氧化物燃料电池

说明书

本发明公开了一种基于氧化锌‑氧化亚锡复合材料的低温固体氧化物燃料电池，该燃料电池的阴极与阳极均为表面涂有NCAL的泡沫镍，该燃料电池的电解质层为SnO/ZnO/NCAL复合材料。即本发明燃料电池的结构为：泡沫镍//NCAL//SnO/ZnO/NCAL//NCAL//泡沫镍。本发明低温固体氧化物燃料电池采用镍钴铝锂与湿法合成的SnO/ZnO复合材料一起作为氧化物燃料电池的电解质层，大大减小了燃料电池电化学反应过程中的电极极化损失；该电解质材料在低温段具有良好的输出功率，从而使采用该电解质材料的固体氧化物燃料电池在低温段(300‑600度)能够长期高效稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种基于氧化锌-氧化亚锡复合材料的低温固体氧化物燃料电池，属于新能源技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池可将燃料(如氢气、甲烷等)中的化学能高效地转换为电能。转换效率不受卡诺循环的限制，其效率远高于火力发电机组。燃料电池按其电解质分类可分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸盐燃料电池，其中，固体氧化物燃料不需要贵金属催化剂、材料选择范围宽、转换效率高等优点，受到广泛关注。但是，目前的固体氧化物燃料电池主要采用氧化钇稳定氧化锆(YSZ)作为电解质，YSZ需要在高温(900度左右)才能获得较高的催化活性。因此传统的固体氧化物燃料电池一般都运行在高温状态。高温运行，对电池材料、连接材料都提出苛刻的要求，此外，高温运行对固体氧化物燃料电池长期稳定性提出了挑战。因此研究低温段(300-600度)的固体氧化物燃料电池近年来，引起了广泛的关注。镍钴铝锂(NCAL)众所周知，其应用在固体氧化物燃料电池中仅作为电极材料，没有作为电解质材料应用的报道。

目前，基于阴极-电解质-阳极结构的固体氧化物燃料电池的电解质应用较为广泛的YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)，在900度左右具有较高的氧离子传导能力，完成燃料电池的电化学反应，输出电功率。但是该材料(YSZ)仅仅在高温下才具备良好的氧离子传输能力，当温度降低到600度以下，几乎没有氧离子传导能力。因此，近年来，关于降低固体氧化物燃料电池的技术越来越多，主要集中在两条技术路线，一是发展薄膜技术，减薄电解质YSZ的厚度，使得其在中温段也能够具有较高的离子传输能力，但是受到技术的限制，厚度不可能无限减薄，并且薄膜技术成品率也不是很高；二是发展新材料，寻找在低温段能够传输离子的新材料。

燃料电池是一个典型的电化学器件，中间的电解质的作用是传输离子和阻止电子的传输。若采用半导体材料作为燃料电池的电解质材料，很容易让人联想到短路现象的发生，正因如此，具有半导体性质的材料至今没有应用在燃料电池中。本发明大量的实验研究表明，将半导体材料复合应用在燃料电池的电解质材料中，并没有发生任何的短路现象，并且电解质复合材料在低温段还具有良好的输出功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于氧化锌-氧化亚锡复合材料的低温固体氧化物燃料电池，该燃料电池中的电解质材料在低温段具有较高的氧离子传导能力，从而使采用该电解质材料的固体氧化物燃料电池能够高效运行在低温段(300-600度)。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于氧化锌-氧化亚锡复合材料的低温固体氧化物燃料电池，该燃料电池的阴极与阳极为表面涂有NCAL的泡沫镍，该燃料电池的电解质层为SnO/ZnO/NCAL复合材料。

本发明燃料电池的结构为：泡沫镍//NCAL//SnO/ZnO/NCAL//NCAL//泡沫镍。

其中，表面涂有NCAL的泡沫镍采用如下方法制备而成：将所需量的NCAL(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05LiO_2-δ)粉末逐渐加入松油醇中，直到混合物为浆糊状，将浆糊状的混合物均匀涂抹在泡沫镍上，将涂抹后的泡沫镍放入烘箱中于200℃下干燥2小时，即可得到表面涂有NCAL的泡沫镍。