一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法技术

本发明专利技术属于燃料电池电解质，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。本发明专利技术采用溶胶凝胶燃烧法，电解质为Bi7WO13.5。该电解质在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。本发明专利技术的电解质性能优异，充分降低了电解质的工作温度，工作温度在中温（500℃‑700℃）范围内具有高的电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法
本专利技术属于燃料电池电解质，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。
技术介绍
随着全球对能源的需求日益扩大，世界各国政府逐渐重视环境恶化的问题。传统的能源体系将无法适应社会对高效、清洁、安全、经济的能源体系的要求，能源的发展将面临巨大的挑战，因此燃料电池将成为二十一世纪重要的能源装置。固体氧化物燃料电池（SOFC）通过电化学反应过程使化石类燃料中的化学能直接转化为电能，由于没有燃烧和机械过程，极大地提高了能量转化效率，避免或减少了有毒气体以及粉尘等污染物的产生；SOFC的工作温度在500℃~1000℃，其副产品是高品质的热和水蒸气，在热–电联供的情况下，能量利用率高达80%左右，是一种清洁高效的能源系统。目前已经被商业应用的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，而电解质作为SOFC中最为核心的部分，电解质材料若能在相对低的温度下获得良好的性能，则可以获得中温理想的SOFC。传统的电解质材料已经不适用于中温环境下工作，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低温SOFC的电解质材料。溶胶—凝胶法作为低温或温和条件下合成无机材料的重要方法，在化学合成中占有重要地位，该方法可以使得反应物在分子水平上进行均匀的混合。一般认为溶胶—凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内。与固相反应相比，溶胶—凝胶法化学反应更容易进行；另外，溶胶凝胶法制得样品粒径分布均匀，并且可以通过控制反应条件控制粒径，并制得不同的微观结构，从而影响样品的性能。本专利技术就是采用溶胶—凝胶法制备电解质材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。电解质在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。本专利技术的电解质性能优异，充分降低了电解质的工作温度，在中温（500℃-700℃）范围内具有高的电导率。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种中温固体氧化物燃料电池电解质，所述的电解质为Bi7WO13.5电解质，在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。一种制备如上所述的中温固体氧化物燃料电池电解质的方法，包括以下步骤：1）Bi7WO13.5粉末的制备：①按Bi7WO13.5的化学计量比称取Bi(NO3)3·5H2O、(NH4)6H2W12O40·xH2O，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；②将Bi(NO3)3·5H2O溶解在硝酸溶液中制得硝酸铋溶液；③分别将(NH4)6H2W12O40·xH2O和柠檬酸加入超纯水中溶解；④将步骤③所得(NH4)6H2W12O40溶液、柠檬酸溶液依次倒入硝酸铋溶液中，并向溶液中逐滴加入氨水，以调节溶液pH值为7；⑤将步骤④得到的混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；⑥将凝胶移入蒸发皿中，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；⑦将所得氧化物粉末加热至800±10℃，保温8±0.1小时，然后自然冷却，形成Bi7WO13.5粉末；2）将制得的Bi7WO13.5粉末充分研磨，放入模具中，在150MPa的压力下，制成圆片，将圆片以一定的升温速率加热到850±10℃，保温10±0.1小时，得到中温固体氧化物燃料电池电解质圆片。步骤②中所述的硝酸溶液的质量浓度为60%-68%。步骤④中所述的氨水的质量浓度为15%-20%。步骤2）中所述的圆片的直径为12±0.1mm、厚度为2±0.1mm。步骤2）所述的升温速率为3℃/min。本专利技术与现有技术比较具有以下优点：本专利技术为了提高中低温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用溶胶凝胶燃烧法制备了新型Bi7WO13.5电解质，经850℃保温10小时的复合电解质片，在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm，高于用相同溶胶凝胶燃烧法制备的常用电解质Ce0.8Gd0.2O1.9的电导率0.015S/cm，且高于使用固相法制备的Bi7WO13.5电解质的电导率0.021S/cm，因此该电解质具有十分有效降低燃料电池工作温度的特点。附图说明图1为分别采用溶胶凝胶法与固相法合成所得的Bi7WO13.5样品的XRD图；图2为为分别采用溶胶凝胶法与固相法合成所得的Bi7WO13.5样品在不同温度下的电导率图。具体实施方式为进一步公开而不是限制本专利技术，以下结合实例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1一种制备中温固体氧化物燃料电池电解质的方法，包括以下步骤：1）Bi7WO13.5粉末的制备：①按Bi7WO13.5的化学计量比称取Bi(NO3)3·5H2O、(NH4)6H2W12O40·xH2O，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；②将Bi(NO3)3·5H2O溶解在硝酸溶液中制得硝酸铋溶液；③分别将(NH4)6H2W12O40·xH2O和柠檬酸加入超纯水中溶解；④将步骤③所得(NH4)6H2W12O40溶液、柠檬酸溶液依次倒入硝酸铋溶液中，并向溶液中逐滴加入氨水，以调节溶液pH值为7；⑤将步骤④得到的混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；⑥将凝胶移入蒸发皿中，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；⑦将所得氧化物粉末加热至800℃，保温8±0.1小时，然后自然冷却，形成Bi7WO13.5粉末；2）将制得的Bi7WO13.5粉末充分研磨，放入模具中，在150MPa的压力下，制成圆片，将圆片以一定的升温速率加热到850℃，保温10h，得到中温固体氧化物燃料电池电解质圆片。步骤②中所述的硝酸溶液的质量浓度为60%。步骤④中所述的氨水的质量浓度为15%。步骤2）中所述的圆片的直径为12±0.1mm、厚度为2±0.1mm。步骤2）所述的升温速率为3℃/min。实施例2一种制备如上所述的中温固体氧化物燃料电池电解质的方法，包括以下步骤：1）Bi7WO13.5粉末的制备：①按Bi7WO13.5的化学计量比称取Bi(NO3)3·5H2O、(NH4)6H2W12O40·xH2O，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；②将Bi(NO3)3·5H2O溶解在硝酸溶液中制得硝酸铋溶液；③分别将(NH4)6H2W12O40·xH2O和柠檬酸加入超纯水中溶解；④将步骤③所得(NH4)6H2W12O40溶液、柠檬酸溶液依次倒入硝酸铋溶液中，并向溶液中逐滴加入氨水，以调节溶液pH值为7；⑤将步骤④得到的混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；⑥将凝胶移入蒸发皿中，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；⑦将所得氧化物粉末加热至810℃，保温8.1h，然后自然冷却，形成Bi7WO13.5粉末；2）将制得的Bi7WO13.5粉末充分研磨，放入模具中，在150MPa的压力下，制成圆片，将圆片以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中温固体氧化物燃料电池电解质，其特征在于：所述的电解质为Bi7WO13.5电解质，在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。

【技术特征摘要】
1.一种中温固体氧化物燃料电池电解质，其特征在于：所述的电解质为Bi7WO13.5电解质，在空气气氛下700℃时离子电导率达到0.028S/cm。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电解质的方法，其特征在于：包括以下步骤：1）Bi7WO13.5粉末的制备：①按Bi7WO13.5的化学计量比称取Bi(NO3)3·5H2O、(NH4)6H2W12O40·xH2O，并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；②将Bi(NO3)3·5H2O溶解在硝酸溶液中制得硝酸铋溶液；③分别将(NH4)6H2W12O40·xH2O和柠檬酸加入超纯水中溶解；④将步骤③所得(NH4)6H2W12O40溶液、柠檬酸溶液依次倒入硝酸铋溶液中，并向溶液中逐滴加入氨水，以调节溶液pH值为7；⑤将步骤④得到的混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；⑥将凝胶移入蒸发皿中，放在电炉上加热，直至发生自...

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