[发明专利]一种双离子燃料电池及其制备方法

说明书

发明提供一种双离子燃料电池及其制备方法，所述双离子燃料电池包括包括固态电解质以及位于所述固态电解质两侧的阳极和阴极；所述固态电解质为质子导体BZCY和氧离子导体SDC以体积比为5:5的比例均匀复合的双离子复合电解质；所述BZCY和SDC的化学式分为BaZr_0.2Ce_0.7Y_0.1O_3‑δ和Sm_0.2Ce_0.8O_1.9。与现有技术相比较，本发明首次将复合电解质应用在乙烷燃料电池上，可显著提高乙烷的转化效率、乙烯收率，并且有效解决阳极积炭问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种双离子燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种通过电化学反应将存储在燃料中的化学能直接转化为电能的绿色能源转化装置。它因清洁、高效、燃料适应性强、可模块化等特点而受到广泛关注。一种常见的应用是将SOFC用于乙烷电化学转化。

乙烷燃料电池中的电解质可选用氧离子传导型电解质，但是由于氧离子的传导，容易导致反应过程中乙烷被深度氧化，生成一氧化碳、二氧化碳，同时在阳极生成的水会稀释燃料浓度，造成反应效率降低的现象。因此，一般采用质子传导电解质，但是由于乙烷在高温下易裂解，会产生大量积炭，附着在阳极催化剂上使其失效，这会导致电池迅速衰减。若是能同时解决深度氧化问题和积炭问题，可大大提高乙烷的转化效率。

在氧离子电解质当中，SDC具有较高的离子传导率，而质子电解质一般使用电导率较高，同时比较稳定的BZCY质子导体。而采用BZCY和SDC复合电解质用于乙烷燃料电池，并保证其在工作温度内高效运行，还没有相关技术实现。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双离子燃料电池及其制备方法，旨在解决现有乙烷固体氧化物燃料电池中的阳极积炭、乙烯收率低和深度氧化的问题。

本发明为解决上述问题采用的技术方案如下：

一种双离子燃料电池，其中，包括固态电解质以及位于所述固态电解质两侧的阳极和阴极；所述固态电解质为质子导体BZCY和氧离子导体SDC以体积比为5:5的比例均匀复合的双离子复合电解质；所述BZCY和SDC的化学式分为BaZr_0.2Ce_0.7Y_0.1O_3-δ和Sm_0.2Ce_0.8O_1.9。

所述的双离子燃料电池，其中，所述阳极为LSFM-CeO₂复合阳极，所述LSFM-CeO₂复合阳极包括LSFM基体以及附着在所述LSFM基体表面的CeO₂纳米颗粒，所述LSFM基体的化学式为La_0.5Sr_0.5Fe_0.9Mo_0.1O_3-δ；所述CeO₂纳米颗粒的粒径为20-40nm。

所述的双离子燃料电池，其中，所述阴极为LSCF-SDC复合阴极；所述LSCF阴极的化学式为La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ，所述SDC的化学式为Sm_0.2Ce_0.8O_1.9。

一种双离子燃料电池的制备方法，其中，包括步骤：