[发明专利]钙钛矿型电解质浆料与薄膜燃料电池及制备方法

说明书

本发明提供一种钙钛矿型电解质浆料与薄膜燃料电池及制备方法，钙钛矿型电解质浆料，包括含有钙钛矿型晶体结构LaCe_1.85Pr_0.03N d_0.06O_x，还包括硅酸钠的水溶液。改薄膜燃料电池，采用丝网印刷法，将钙钛矿型电解质浆料刷涂到阳极基底上，得到电解质层‑阳极层；将阴极浆料刷涂到电解质层‑阳极层上，在400～600℃下进行烧结，得到所述薄膜燃料电池。本发明的电解质材料在中低温区具有优异的离子导电率，所得燃料电池的操作温度可降低至550℃以下。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿型电解质浆料与薄膜燃料电池及制备方法，属于固体氧化物燃料电池技术领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(sofc)作为一种潜在的电化学能量转换装置，已被考虑用于其他几种类型的燃料电池装置，这些燃料电池装置是根据不同的传导电解质、燃料的供给或工作温度等方面的能效、排气热量和燃料的灵活性。传统的燃料电池由阳极、电解液和阴极组成，由于电解液的特性，如电解液在低工作温度(600℃以下)下的离子电导率远低于0.1S cm，生产成本高，往往限制了其商业化的发展。

萤石结构的铈基电解质材料，因其具有较好的离子导电性、较高的催化活性和较低的低温SOFCs(LT-SOFCs)活化能而受到广泛关注。二氧化铈基氧化物的主要强度是将高温SOFC扩展到中低温范围(500-600℃)，并与电极具有良好的兼容性。低价态金属离子的掺杂是通过化学缺陷或电荷补偿引入氧化铈空位并诱导其高离子电导率的有效途径。到目前为止，一些典型的Ce⁴⁺掺杂材料替代品在离子电导率方面取得了显著的成果，如Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)和Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)。近年来，Pr或/和Nd掺杂的铈电解质材料在提高LT-SOFC材料的离子导电性和电催化性能方面得到了越来越多的关注。然而，掺杂铈氧化物的一个关键问题是还原环境中Ce⁴⁺还原为Ce³⁺引起的氧化还原不稳定性，导致电子导性和不良的结构变化。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种钙钛矿型电解质浆料与薄膜燃料电池及制备方法，选用的工业级稀土材料LaCe_1.85Pr_0.03Nd_0.06O_x制作该物质作为电解质的薄膜燃料电池，为求在中低温运行并在薄膜体系下达到最优性能，并考虑各组件材料之间的化学相容、热膨胀系数匹配等性能才能将其真正应用于燃料电池中，而不至出现因相互反应、热膨胀不一致而产生电池热开裂，电化学性能下降严重等现象。

本发明首先提供了如下的技术方案：

钙钛矿型电解质浆料，包括含有钙钛矿型晶体结构LaCe_1.85Pr_0.03Nd_0.06O_x，还包括硅酸钠的水溶液。硅酸钠的水溶液充当溶剂与粘结剂。

所述LaCe_1.85Pr_0.03Nd_0.06O_x和硅酸钠的水溶液质量比为1：5～5:1；优选的，所述质量比为2:1.35。

所述硅酸钠的水溶液中，硅酸钠与去离子水的质量比为1:10～10:1；优选的，所述质量比为5：1.75。

所述LaCe_1.85Pr_0.03Nd_0.06O_x，其在室温下是稳定的晶体结构。

钙钛矿型电解质浆料的制备方法，包括以下步骤：