[发明专利]一种固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法

说明书

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池复合电解质，该复合电解质为SDC‑LNCO复合电解质，其化学式为Ce_0.8Sm_0.2O_1.9‑LiNaCO₃；所述SDC‑LNCO复合电解质为SDC为内核，LNCO包覆在SDC表面，所述SDC内核为立方形结构。本发明通过两步水热法合成得到具有规则立方形貌的SDC纳米晶，通过体系中加入硝酸盐能控制SDC颗粒由棒状形貌生长为规则的立方形貌。此立方形貌的SDC纳米粉体与碳酸盐复合得到的复合电解质具有高的电导率，且复合电解质的烧结温度低，制备工艺简单，易于工业化生产。适用于中低温固体氧化物燃料电池及其相关高性能电化学器件。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，涉及一种固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells,SOFCs)的中低温化对其电极和电解质材料提出了新的要求。中低温SOFCs发展的关键是寻找在中低温范围内结构稳定和有效离子电导率高的电解质材料，为此研究者们开展了大量的研究工作，并将目光集中在了掺杂CeO₂、掺杂Bi₂O₃、磷灰石型及钙钛矿型等材料上来。这些氧化物的氧离子电导率在中低温范围内(400～800℃)可达到10^-3～10^-1S/cm，已被成功应用为中低温SOFCs的电解质材料。

发明内容

本发明目的在于，提供一种新的固体氧化物燃料电池复合电解质，是的其具有较好的中低温性能。

本发明中SDC为钐掺杂的氧化铈，LNCO为碳酸钠、碳酸锂的混合物。

本发明通过以下方案实现：一种固体氧化物燃料电池复合电解质，该复合电解质为SDC-LNCO复合电解质，其化学式为Ce_0.8Sm_0.2O_1.9-LiNaCO₃；所述SDC-LNCO复合电解质为SDC为内核，LNCO包覆在SDC表面，所述SDC内核为立方形结构。

具体地，所述LNCO为非晶相，LNCO包覆于晶相SDC的外表面，LNCO形成连续相。

本发明还包括第二种技术方案，一种固体氧化物燃料电池复合电解质的制备方法，包括：

步骤一、以铈盐、钐盐和NaCl为原料，形成混合水溶液，并于混合水溶液中加入NaOH溶液，搅拌，水热反应，形成产物a；

步骤二、将步骤一形成的产物a加入NaNO₃，水热反应，形成SDC产物；

步骤三、将步骤二形成的SDC产物分散于乙醇中，达到SDC纳米晶的悬浮液；

步骤四、将LNCO球磨形成一定时间后，加入步骤三的SDC纳米晶悬浮液，继续球磨，形成SDC纳米晶与LNCO粉体的混合物；

步骤五、将步骤四的SDC纳米晶与LNCO粉体的混合物烘干，压片，煅烧，形成SDC/LNCO复合电解质。

作为优选，所述步骤一中铈盐为CeCl₃·7H₂O，钐盐为SmCl₃·6H₂O，铈盐和钐盐摩尔比为4:1，所述NaCl与所述CeCl₃·7H₂O的摩尔比为(6.7-50):1；步骤一中混合溶液的SmCl₃·6H₂O的浓度为(2-30)mmol/L。

更为优选地，所述步骤一中NaOH溶液的浓度为12mol·L^-1，NaOH溶液的滴加速度为30s～150s/ml，水热反应的温度为150～240℃，反应时间为12～48h。