[发明专利]一种氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料的制备方法，首先通过溶胶凝胶法制备氧化铈和氧化镝的复合电解质粉体，再通过研磨、压片和焙烧得到氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料。本发明通过在氧化铈基体中掺杂氧化铈，从而在电解质晶体结构中引入氧空位，增大电解质材料的离子电导率和活化能；并且本发明的制备方法简单，容易操作。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)在燃料电池中最受关注，其最大的特点是电池组件为全固态结构，避免了液态电解质的腐蚀和封接问题；并且能量转化率高达50％～60％，中高温运行，加快了电池的反应速率，不必使用贵金属作为催化剂，同时还能实现热电联产等。

电解质作为SOFC的核心材料，主要有萤石型电解质和钙钛矿型电解质两大类。其中作为萤石结构的氧化锆基电解质具有许多优良的性能，但只适合在高温下(900℃左右)运行。当温度低于700℃时，电解质内阻变大，电导率随之降低。因此，开发中低温环境下具有较高的电导率的电解质材料成为研究人员的新目标。

氧化铈与氧化锆同为萤石结构，其区别在于氧化铈结构的晶型不随温度变化，但纯的氧化铈晶粒在纳米级别时是非导电相，无法作为电解质材料；此外，目前Dy₂O₃在发光材料中的应用比较广泛，将其应用于电解质材料中的报道较少。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料及其制备方法。本发明提供的复合电解质材料以氧化铈为基体掺杂氧化镝，在中低温条件具有较高的电导率和活化能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化镝用稀硝酸溶解，得到氧化镝溶液；

将硝酸铈、柠檬酸和硝酸铵分别用水溶解，得到硝酸铈溶液、柠檬酸溶液和硝酸铵溶液；

将乙二胺四乙酸用氨水溶解，得到乙二胺四乙酸溶液；

(2)将所述氧化镝溶液、硝酸铈溶液、柠檬酸溶液、硝酸铵溶液和乙二胺四乙酸溶液混合后调节pH值为7～8，得到混合液；

(3)将所述混合液进行保温处理，得到凝胶；

(4)将所述凝胶进行预点燃，得到前驱体；

(5)将所述前驱体进行第一焙烧，得到复合电解质粉体；

(6)将所述复合电解质粉体球磨后依次进行压片和第二焙烧，得到氧化铈基体掺杂氧化镝复合电解质材料。

优选的，所述步骤(2)的混合液中Ce⁴⁺和Dy³⁺的总摩尔量与柠檬酸、乙二胺四乙酸和硝酸铵的摩尔比为1：1.1～1.3：1：1.4～1.6；

所述氧化镝和硝酸铈的摩尔比为0.05～0.3:0.7～0.95。

优选的，所述步骤(3)中保温处理的温度为75～85℃；所述保温处理在搅拌条件下进行。

优选的，所述步骤(4)中预点燃的温度为300～400℃。

优选的，所述步骤(5)中第一焙烧的温度为400～900℃，时间为4～6h。

优选的，所述步骤(6)中球磨用介质为乙醇；所述球磨的转速为90～110r/min，时间为7～9h。

优选的，所述步骤(6)中第二焙烧的温度为1400～1500℃，时间为2～5h。