一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，以Sm(NO3)3、Ce(NO3)3和Y(NO3)3为原料，以草酸溶液为沉淀剂，利用化学沉淀‑煅烧法制备出中温燃料电池电解质粉体，然后将200～230份电解质粉体、100份溶剂、3～5份ZnO粉体、8～15份PVB粘结剂、5～9份增塑剂、10～15份分散剂和0.4～0.8份消泡剂制备成浆料，以流延法制备出电解质膜。本发明专利技术解决了传统电解质膜制备方法温度高，产品致密度不够高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法
本专利技术属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法。
技术介绍
近年来，作为新能源，燃料电池正受到越来越多的关注。燃料电池有固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、固体高分子燃料电池等。固体氧化物燃料电池继第一代磷酸盐燃料电池和第二代熔融碳酸盐燃料电池后成为第三代燃料电池系统，其操作温度较高，也被成为高温燃料电池系统。固体氧化物燃料电池废气温度高，可以用于热电联合发电，发电效率非常高，是将来取代火力发电的有效途径。现有的固体氧化物燃料电池技术已经证明，与传统的能量转换技术相比，其不仅能量转化率更高，而且有害气体排放率更低。固体氧化物燃料电池是全固态系统，主要包括致密的固体电解质、多孔阴极、多孔阳极和致密连接材料等关键材料。现有的固体氧化物燃料电池基本上都是采用传统的YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)电解质，但YSZ材料存在高工作温度(800～100℃)的缺点。中温固体氧化物燃料电池目前已成为研究的热点，现有的研究表面氧化铈的掺杂材料制备的燃料电池工作温度为500～600℃，性能稳定。但传统制备方法制备出的氧化铈掺杂材料电解质膜存在致密度不够高，制备方法的温度较高的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，用以解决传统电解质膜制备方法温度高，产品致密度不够高的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：S1.配置浓度为0.5mol/L的Sm(NO3)3溶液、Ce(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，配置浓度为0.05mol/L的草酸溶液，以体积份数计，取0.2份Sm(NO3)3溶液、8.8份Ce(NO3)3溶液和1份Y(NO3)3溶液加入反应容器中，边搅拌边将草酸溶液以喷雾的方式加入反应容器中，以质量分数为20～25％的氨水将反应液的pH值稳定在6.5～7.2，当反应容器中不在有沉淀物产生时反应结束，将沉淀物过滤分离，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后将沉淀物在550～750℃下煅烧3～4h，得到电解质粉体；S2.以重量份数计，取200～230份电解质粉体、100份溶剂、3～5份ZnO粉体、8～15份PVB粘结剂、5～9份增塑剂、10～15份分散剂和0.4～0.8份消泡剂混合，然后加入球磨机中以400～900r/min的转速球磨3～5h，得到浆料；S3.用浆料在平板上流延刮膜，然后在超声波下震荡0.5～1h，然后在60～70℃下干燥，再以280～350℃的温度排胶，然后在1200～1380℃下烧结2～2.5h，最后炉冷得到电解质膜。进一步地，所述ZnO粉体的粒径为电解质粉体粒径的0.5～1.3倍。进一步地，所述溶剂为乙醇和三氯乙烯的混合物，溶剂中乙醇和三氯乙烯的质量比为0.8～1.7:1。进一步地，所述球磨机设有聚氯乙烯或聚四氟乙烯内衬，球磨机用球为氧化锆球或玛瑙球。进一步地，其特征在于，所述增塑剂为聚乙二醇400混合邻苯二甲酸二乙酯、聚乙二醇400混合邻苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇400混合邻苯二甲酸二异丁酯中的任意一种，所述分散剂为松油醇、鱼油、三油酸甘油酯中的任意一种。进一步地，所述烧结的升温条件为以5～10℃/min的速率升温到80～120℃，然后以3～5℃/min的速率升温到330～350℃并保温0.5～1h，再以2℃/min的速率升温到450℃，最后以8～10℃/min的速率升温到指定温度。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过化学沉淀-煅烧法制备电解质粉体，与传统的煅烧掺杂相比，本法具有煅烧温度低、产品粒度均匀、粒径小、结构均匀的优点；本专利技术以钇和钐掺杂稳定氧化铈，使得氧化铈获得氧空位从而提高导电率；本专利技术的沉淀剂草酸以喷雾的方式加入反应容器中，使得反应更加充分，同时避免大颗粒沉淀物的产生，使得沉淀物粒径更加均匀。(2)本专利技术的浆料在成膜时，先经过超声波震荡，使得颗粒在浆料中挪移致使膜更加致密，同时排除膜内气体，减少膜的结构缺陷，后经过排胶，排胶是通过热挤压的方式排除膜内多余的有机物，减少后续煅烧需要去除的有机物，有利于缩短烧结时间，同时也能使得膜更加致密。(3)本专利技术ZnO粉体的粒径为电解质粉体粒径的0.5～1.3倍，ZnO粉体为助烧剂，能够降低烧结温度并提高烧结活性，ZnO粉体的粒径与电解质粉体相近，有利于ZnO粉体在浆料中分布均匀，不因过小团聚也不因过大沉积在底部，ZnO粉体分布均匀有利于烧结过程中结构变化均一，减少内部缺陷。(4)本专利技术球磨机设有聚氯乙烯或聚四氟乙烯内衬，普通球磨机有铁金属制成，浆料在球磨过程中容易引入金属杂质，本专利技术引入的聚氯乙烯或聚四氟乙烯杂质能够通过后续的煅烧去除，金属杂质则无法去除。(5)本专利技术的增塑剂中聚乙二醇400用于软化粘结剂中高分子的分子链，邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯对粉体颗粒起润滑和桥连作用，两者配合使用能够减少增塑剂的用量。(6)本专利技术烧结时使用条件升温，粘结剂的分解温度为300℃左右，根据成分和聚合度的不同有一点偏差，本专利技术在330～350℃并保温0.5～1h，再以2℃/min的速率升温到450℃，避免温度过高导致粘结剂分解过快，导致电解质膜体积变化过大而产生裂缝。(7)本专利技术的制备条件要求低，烧结温度低，成膜方法简单，产品的致密度高、电学性能良好，适合工业化生产。具体实施方式为便于更好地理解本专利技术，通过以下实例加以说明，这些实例属于本专利技术的保护范围，但不限制本专利技术的保护范围。实施例1一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：S1.配置浓度为0.5mol/L的Sm(NO3)3溶液、Ce(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，配置浓度为0.05mol/L的草酸溶液，以体积份数计，取0.2份Sm(NO3)3溶液、8.8份Ce(NO3)3溶液和1份Y(NO3)3溶液加入反应容器中，边搅拌边将草酸溶液以喷雾的方式加入反应容器中，以质量分数为20％的氨水将反应液的pH值稳定在6.8，当反应容器中不在有沉淀物产生时反应结束，将沉淀物过滤分离，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后将沉淀物在550℃下煅烧4h，得到电解质粉体；S2.以重量份数计，取200份电解质粉体、100份溶剂、3份ZnO粉体、10份PVB粘结剂、5份增塑剂、12份分散剂和0.4份消泡剂混合，然后加入球磨机中以400r/min的转速球磨5h，得到浆料；所述溶剂为乙醇和三氯乙烯的混合物，溶剂中乙醇和三氯乙烯的质量比为0.8:1；S3.用浆料在平板上流延刮膜，然后在超声波下震荡0.5h，然后在60℃下干燥，再以280℃的温度排胶，然后以8℃/min的速率升温到100℃，然后以4℃/min的速率升温到330℃并保温0.5h，再以2℃/min的速率升温到450℃，最后以9℃/min的速率升温到1380℃，再烧结2h，最后炉冷得到电解质膜。所述ZnO粉体的粒径为电解质粉体粒径的0.5倍。所述球磨机设有聚氯乙烯内衬，球磨机用球为氧化锆球。其特征在于，所述增塑剂为聚乙二醇400混合邻苯二甲酸二乙酯，所述分散剂为松油醇。实施例2一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，包括以下步骤：S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.配置浓度为0.5mol/L的Sm(NO3)3溶液、Ce(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，配置浓度为0.05mol/L的草酸溶液，以体积份数计，取0.2份Sm(NO3)3溶液、8.8份Ce(NO3)3溶液和1份Y(NO3)3溶液加入反应容器中，边搅拌边将草酸溶液以喷雾的方式加入反应容器中，以质量分数为20～25％的氨水将反应液的pH值稳定在6.5～7.2，当反应容器中不在有沉淀物产生时反应结束，将沉淀物过滤分离，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后将沉淀物在550～750℃下煅烧3～4h，得到电解质粉体；S2.以重量份数计，取200～230份电解质粉体、100份溶剂、3～5份ZnO粉体、8～15份PVB粘结剂、5～9份增塑剂、10～15份分散剂和0.4～0.8份消泡剂混合，然后加入球磨机中以400～900r/min的转速球磨3～5h，得到浆料；S3.用浆料在平板上流延刮膜，然后在超声波下震荡0.5～1h，然后在60～70℃下干燥，再以280～350℃的温度排胶，然后在1200～1380℃下烧结2～2.5h，最后炉冷得到电解质膜。...

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.配置浓度为0.5mol/L的Sm(NO3)3溶液、Ce(NO3)3溶液和Y(NO3)3溶液，配置浓度为0.05mol/L的草酸溶液，以体积份数计，取0.2份Sm(NO3)3溶液、8.8份Ce(NO3)3溶液和1份Y(NO3)3溶液加入反应容器中，边搅拌边将草酸溶液以喷雾的方式加入反应容器中，以质量分数为20～25％的氨水将反应液的pH值稳定在6.5～7.2，当反应容器中不在有沉淀物产生时反应结束，将沉淀物过滤分离，并用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后将沉淀物在550～750℃下煅烧3～4h，得到电解质粉体；S2.以重量份数计，取200～230份电解质粉体、100份溶剂、3～5份ZnO粉体、8～15份PVB粘结剂、5～9份增塑剂、10～15份分散剂和0.4～0.8份消泡剂混合，然后加入球磨机中以400～900r/min的转速球磨3～5h，得到浆料；S3.用浆料在平板上流延刮膜，然后在超声波下震荡0.5～1h，然后在60～70℃下干燥，再以280～350℃的温度排胶，然后在1200～1380℃下烧结2～2.5h，最后炉冷得到电...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长沙小新新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43