中温固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种中温固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法，所述复合电解质的组成按质量分数计为99% GB，1% Bi

Medium temperature solid oxide fuel cell composite electrolyte and preparation method thereof

The invention provides an intermediate temperature solid oxide fuel cell composite electrolyte and its preparation method, composition of the composite electrolyte as mass fraction is 99% GB, 1% Bi

【技术实现步骤摘要】
中温固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法
本专利技术属于电池用的电解质领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合电解质及其制备方法。
技术介绍
随着全球工业的发展及人口的迅速增长，地球上的资源将越来越短缺。而传统的发电方式大多是由石油、天然气等化石能源中的化学能通过燃烧转化为热能，再由热能推动机械设备产生机械能，最终转换为电能。这种能源转换不但受到卡诺循环的限制，还会产生大量粉尘、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物质及噪音。因此寻求一种能源转换效率高和环境友好的新能源技术是目前相关能源部门致力发展的关键。固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效转化为电能的装置，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了污染物的产生，并且其副产品是高品质的热与水蒸气，可用来热–电联供，是一种重要的能源装置。传统的SOFC的工作温度一般都在1000℃，在如此高的温度下工作使得SOFC存在许多问题：电极致密化、连接体材料要求高以及电池密封性能不好等，以此大大增加了SOFC的成本，限制了其商业发展。为了SOFC商业化发展就必须将其工作温度降低到中低温，而电解质作为SOFC中最为核心的部分，电解质材料若能在中低温度下具有高的电导率，则可以获得中温理想的SOFC，所以必须开发新型电解质材料。本专利技术的电解质材料在中温工作条件下可以获得高的电导率，以满足目前所需的能使用于中温SOFC的电解质材料。
技术实现思路
为了提高中温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用硝酸盐凝胶燃烧法和固相反应法制备新型Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9-Bi1.55La0.45O3(GBL)复合电解质，其相对致密度达到98%以上；在空气气氛下750℃时电导率为1.45×10-2S/cm。制备方法：1.Bi1.55La0.45O3的制备方法为：1）按照化学计量比用分析天平准确称量原料Bi2O3，La2O3。2）将Bi2O3和La2O3混合球磨24h；然后干燥12h；3）将球磨后的混合物在800℃±10℃下煅烧16±0.1h，得到Bi1.55La0.45O3。2.Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9(GDC-BCY)的制备方法为：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制备：按化学计量比称取Ce(NO3)3·6H2O重量的80%，记作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.8，同样：Gd2O3*0.8，络合剂柠檬酸[n(CA):n(金属阳离子)=1.5:1]，用稀硝酸将Gd2O3溶解为硝酸盐，Ce(NO3)3·6H2O和柠檬酸用去离子水溶解，混合以上溶液并搅拌均匀；2）BaCe0.8Y0.2O2.9的制备：按化学计量比称取Ba(NO3)2*0.2、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.2、[Y(NO3)3·6H2O]*0.2、络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和络合剂柠檬酸[n(金属阳离子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]；在硝酸盐及络合剂中加入适量去离子水，将NH3·H2O滴入EDTA使其溶解；将溶解后的EDTA溶液加入到Ba(NO3)2使其溶解完全；混合以上溶液并搅拌均匀；3）将上述两种溶液倒入一起，滴加氨水（氨水浓度为15%-20%）调节pH值为7；4）将步骤3）得到混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，在70℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；5）将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；6）将粉末在600℃±10℃煅烧30±5min去除有机物，然后在1000℃±10℃煅烧5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。3.按GB：Bi1.55La0.45O3质量比99：1称取两种粉末，将两种粉混合球磨24h，制备出99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末。4.将制成的99%GB-1%Bi1.55La0.45O3(GBL)粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆以每分钟3℃的加热速度加热到1300℃±10℃保温4±0.1h，得到所需要的电解质圆片。本专利技术的有益效果在于：1）本专利技术制备的复合电解质相对致密度达到98%以上；在空气气氛下750℃时电导率为1.45×10-2S/cm。2）相较于传统的电解质无法适用于中低温条件，本专利技术的复合电解质能在中温（600-800℃）的条件下使用，并且具有较高的电导率、较高的功率密度；用该电解质制成的单电池的开路电压提高、电池的输出功率密度增大，因此具有更好的电化学性能。3）本电解质的烧结温度低，对设备要求低以及节能。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例11.Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9(GDC-BCY)的制备方法为：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制备：按化学计量比称取Ce(NO3)3·6H2O重量的80%，记作[Ce(NO3)3·6H2O]*0.8，同样：Gd2O3*0.8，络合剂柠檬酸[n(CA):n(金属阳离子)=1.5:1]，用稀硝酸将Gd2O3溶解为硝酸盐，Ce(NO3)3·6H2O和柠檬酸用去离子水溶解，混合以上溶液并搅拌均匀；2）BaCe0.8Y0.2O2.9的制备：按化学计量比称取Ba(NO3)2*0.2、[Ce(NO3)3·6H2O]*0.2、[Y(NO3)3·6H2O]*0.2、络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和络合剂柠檬酸[n(金属阳离子):n(EDTA):n(CA)=1:1:2]；在硝酸盐及络合剂中加入适量去离子水，将NH3·H2O滴入EDTA使其溶解；将溶解后的EDTA溶液加入到Ba(NO3)2使其溶解完全；混合以上溶液并搅拌均匀；3）将上述两种溶液倒入一起，滴加氨水（氨水浓度为15%-20%）调节pH值为7；4）将步骤3）得到混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，在70℃下连续搅拌，并在搅拌过程中通过加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝胶；5）将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；6）将粉末在600℃±10℃煅烧30±5min去除有机物，然后在1000℃±10℃煅烧5±0.1h，形成GDC-BCY（GB）粉末。2.Bi1.55La0.45O3制备方法1）按照Bi1.55La0.45O3化学计量比用分析天平准确称量原料Bi2O3和La2O3；2）将Bi2O3和La2O3加酒精混合球磨24h，然后干燥12h；3）将干燥后的Bi2O3和La2O3混合物在800℃±10℃下煅烧16±0.1h,得到最终产物Bi1.55La0.45O3；3.按GB：Bi1.55La0.45O3质量比99：1称取两种粉末，将二者样品采用混合球磨24h，使其研磨充分且均匀。具体的：100克GBL的制备：1）制备1摩尔GDC-BCY(GB)0.8molGDC的制备称取0.64摩尔Ce(NO3)3·6H2O：0.64*434.22=277.90克称取0.08摩尔的Gd2O3：0.08*362.5=29克称取1.2摩尔的柠檬酸：1.2*210.14=252.17克用稀硝酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中温固体氧化物燃料电池复合电解质，其特征在于，所述复合电解质的组成按质量分数计为99% GB，1% Bi

【技术特征摘要】
1.一种中温固体氧化物燃料电池复合电解质，其特征在于，所述复合电解质的组成按质量分数计为99%GB，1%Bi1.55La0.45O3，所述GB为Ce0.8Gd0.2O1.9-BaCe0.8Y0.2O2.9。2.一种制备如权利要求1所述的中温固体氧化物燃料电池复合电解质的方法，其特征在于，采用硝酸盐凝胶燃烧法和固相反应法制备GB和Bi1.55La0.45O3，按GB：Bi1.55La0.45O3质量比99：1分别称取两种粉末，将两种粉末倒入球磨罐中球磨24h让其均匀混合，制备出99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末；将制成的99%GB-1%Bi1.55La0.45O3粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆片以每分钟3℃的加热速度加热到1300℃±10℃保温4±0.1小时，得到所需要的电解质圆片。3.根据权利要求2所述的中温固体氧化物燃料电池复合电解质的制备方法，其特征在于，所述Bi1.55La0.45O3的制备方法为：1）按Bi1.55La0.45O3化学计量比称取原料Bi2O3，La2O3；2）将Bi2O3和La2O3混合球磨24h，然后干燥12h；3）将球磨后的混合物在800±10℃下煅烧16±0.1h，得Bi1.55La0.45O3。4.根据权利要求2所述的中温固体氧化物燃料电池复合电解质的制备方法，其特征在于，所述GB的制备方法为：1）Ce0.8Gd0.2O1.9的制备：按化学计量比称取Ce(NO3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭开萍，刘建，涂太平，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35