[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池电解质

说明书

本发明公开了一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法，首先制备出氧化铈掺杂氧化钆粉末，随后将Ni与GDC粉末混合，在惰性气体氛围下煅烧得到具有更多氧空位的Ni‑GDC，加强了氧离子的输送，提升了Ni‑GDC的电性能，降低了Ni‑GDC的交流电阻，所制得的Ni‑GDC电解质单电池在中温区域(600～800℃)的电池功率是GDC电解质单电池功率的2.45倍，具有优异的市场前景。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池材料领域，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

能源缺乏和环境污染正日益威胁着人类社会的正常生活和发展，因此迫切需要研发低(零)污染新能源技术以解决所面临的能源和环境问题。近年来，中国政府开始注重低(零)污染新能源的研发工作，例如水力发电、风力发电、太阳能发电和核能等可再生能源的研究，但是这些新能源或多或少的都存在一定的限制。燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，具有清洁、安全、高转换效率的特点。燃料电池通过电化学反应把燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，具有较高的效率，并且，在燃料电池实际应用时，考虑到电池堆散热提供额外的热源等提高综合利用,其总效率可达到80％以上，而汽轮机和柴油机等受卡诺循环限制的内燃机只有35～50％。

固体氧化物燃料电池具有燃料电池的诸多优点，此外由于固体氧化物燃料电池的工作温度可达到600～1000℃，其尾气可以用于驱动燃气轮机、蒸汽轮机等,使其整体系统能量转换效率高达70％。但是高温固体氧化物燃料电池存在一个热循环问题，因为工作温度太高，所以重启时间长，且容易损坏固体氧化物燃料电池堆，而降低工作温度可以有效延长固体氧化物燃料电池的使用寿命，避免很多问题的发生。其中，中低温(400-800℃)固体氧化物燃料电池系统更适合家庭、移动式、分布式发电站等中小型发电装置的需求。除此之外，低温固体氧化物燃料电池也可以应用在小型电源、军用特殊场合电源、车载辅助电源等方面，具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明针对上述背景提出的对中低温固体氧化物燃料电池的需求，提供了一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：

(1)氧化铈掺杂氧化钆(GDC)的制备：将六水合硝酸钆溶于离子水，80℃加热搅拌至全部溶解，此时溶液成微黄透明色，随后加入六水合硝酸铈和甘氨酸并用去离子水定容至500mL；加入氢氧化钠调节pH为10.2～12.5得到沉淀物，再将混合液加热并慢速搅拌直到沉淀物全部溶解，继续搅拌并将温度升高以加快溶液蒸发速度，直到溶液粘稠并出现小气泡，将粘稠状溶液移至电加热炉上继续加热，当出现爆燃停止加热，待爆燃后粉体降落冷却收集得到GDC粉末；

(2)Ni掺杂GDC(Ni-GDC)的制备：将步骤(1)收集得到的GDC粉末和金属Ni粉末充分混合后在1000℃惰性气氛下煅烧收集得到Ni-GDC粉末。

(3)电解质的制备：将步骤(2)所得到的Ni-GDC粉末干压成薄片，在马弗炉中空气条件下1400℃烧结0.5-6h成致密陶瓷态电解质。

其中，步骤(1)所述，六水合硝酸钆、六水合硝酸铈和甘氨酸的用量分别为0.015～0.03mol，0.035～0.07mol，0.075～0.15mol。

进一步的，步骤(1)所述，电加热炉设定温度为200～220℃。

进一步的，步骤(2)所述，GDC粉末和Ni粉末的混合质量比为1:0.5～1。

进一步的，步骤(2)所述，惰性气氛下煅烧的具体操作步骤为：以5℃/min的升温速率匀速升温至700℃煅烧2h，随后以10℃/min的升温速率匀速升温至900℃煅烧2h，自然冷却。