[发明专利]固体氧化物燃料电池、其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池、其制备方法和用途，包括依次层叠设置的阳极层、电解质层和阴极层，其中，所述电解质层含有Li_7‑XLa₃Zr_2‑xM_xO₁₂，其中，0≤x＜2，M选自Al、Ga、Sb、Nb、Ta、W、Sr及Y中的至少一种；本发明所述固体氧化物燃料电池的电解质层含有上述电解质材料，其具有优异的氢离子电导率，使得固体氧化物燃料电池在300℃以下能正常工作，解决了传统固体氧化物燃料电池工作温度高的问题。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，涉及一种固体氧化物燃料电池、其制备方法和用途。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)由于不经历燃烧过程可以直接将化学能转化为电能，具有更高的能量转化效率而受到人们的关注。由于氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)只有在650℃～850℃时才能表现出良好的离子电导率，因此，SOFC的最佳工作温度为800℃。因为较高的工作温度，SOFC电堆运行过程中需要一直保持高温，这就对于SOFC电池的电池材料、金属连接件等方面有很高的要求，使得SOFC电池堆造价昂贵。并且由于高温，SOFC电池的应用场景也受到了很大限制。因此降低SOFC电池的工作温度一直是全世界科研人员的研究热点。

为了降低SOFC的工作温度，在氧离子导体电解质方面，选用氧化钐掺杂氧化铈(SDC)等氧离子导体的电解质材料，虽然SDC等材料能将SOFC的工作降低到600℃左右，但是仍然是相对比较高的温度。后来提出使用质子导体电解质材料BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3-δ(BZCY)等，但是其工作温度依然在600℃左右才能有良好离子电导性。

有研究中公开了一种Al₂O₃-YSZ电解质膜的固体氧化物燃料电池，其由内至外依次包括多孔阳极支撑体、阳极-电解质过渡层、电解质膜和多孔阴极膜，其中阳极-电解质过渡层采用纯YSZ，电解质膜采用的材料是掺Al₂O₃的YSZ，Al₂O₃的掺入量为YSZ重量的1％～1.5％；还有的研究中公开了一种中温固体氧化物燃料电池的阳极-电解质-阴极组件及其制备方法，该组件中电解质主要由GYDC制成，所述GYDC是符合Ce_1-xGd_x-yY_yO_2-0.5x化学计量比的氧化铈、氧化钆和氧化钇的复合氧化物，其中，0.1≤x≤0.2，0＜y＜x；上述研究中公开的SOFC仍存在工作温度高的问题。

因此，开发一种能在300℃以下的工作温度下仍能正常工作的固体氧化物燃料电池及其制备方法仍具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固体氧化物燃料电池、其制备方法和用途，解决现有技术中固体氧化物燃料电池最佳工作温度高的问题。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种固体氧化物燃料电池，包括依次层叠设置的阳极层、电解质层和阴极层，所述电解质层含有Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁₂，其中，0≤x＜2，M选自Al、Ga、Sb、Nb、Ta、W、Sr和Y中的至少一种。

优选地，所述电解质层和所述阴极层之间还设置有阻挡层，所述阻挡层含有QO_y-Na₃[Ti₂P₂O₁₀F]，其中，0＜y≤2，Q选自Zr、Ce、Ti、Mg、Al、Si、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Y、Nb、Sn、La、Ta、V和Nd中的一种。