一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。采用溶胶凝胶‑燃烧法制备出一种中温固体氧化物燃料电池电解质，该电解质在空气气氛下，700℃时的电导率可达0.006 S/cm，满足中温固体氧化物燃料电池对电解质材料的要求。

A medium temperature solid oxide fuel cell electrolyte and its preparation method

【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
本专利技术属于固体氧化物燃料电池材料
，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
能源是社会发展的基础，世界范围内仍然以化石能源(煤炭、石油、天然气)为主要能源资源(比例高达约80%)，中国化石能源的比例更高(约90%)，其中煤炭现在和未来很长一段时间内仍然是中国最主要的能源来源。现阶段煤炭利用过程中，燃煤发电又是最主要的利用形式，煤电占中国电力的比例高(约80%)，因此，提高煤电效率、降低污染非常重要。固体氧化物燃料电池是一种将燃料的化学能直接转换为电能的发电装置，具有能量转化效率高、污染小的特点。这一背景下，燃料电池受到了全世界各国的重视，得到了长足的发展。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以适应目前对于中温SOFC电解质材料的要求。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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。该电解质在空气气氛下，700℃时的电导率可达0.006S/cm，满足中温固体氧化物燃料电池对电解质材料的要求。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：采用溶胶凝胶法制备Sr0.55Na0.45SiO2.775。（一）Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末的制备：1）按Sr0.55Na0.45SiO2.775的化学计量比称取Sr(NO)2、NaNO3、正硅酸四乙酯(SiC8H12O8)，并按金属阳离子与EDTA、柠檬酸的摩尔比为1:1:1.5称取EDTA和柠檬酸；2）用质量浓度为10%-20%的氨水溶液将EDTA溶解；3）将NaNO3、Sr(NO3)2和柠檬酸分别加入到蒸馏水中进行溶解；4）按体积比V(SiC8H12O8):V(C2H5OH)=1:3将正硅酸四乙酯溶于无水乙醇；5）将步骤3）所得的硝酸盐溶液依次倒入步骤4）所得溶液中，然后向溶液中逐滴加入步骤2）所得溶液，再滴入柠檬酸溶液，并向溶液中质量逐滴加入浓度为15%-20%的氨水，以调节溶液pH值为7；6）将步骤5）得到的混合溶液放入恒温磁力搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；7）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；8）将所得氧化物粉末加热至600±10℃，保温1±0.1小时以消除残留有机物，然后在900±10℃保温10±0.1小时，自然冷却，形成Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末，（二）Sr0.55Na0.45SiO2.775电解质片的制备：将制得的Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末充分研磨，放入模具中，在150MPa的压力下，制成直径为12±0.1mm、厚度为2±0.1mm的圆片，将圆片以每分钟3℃的速度加热到950±10℃保温10±0.1小时，得到高性能的中温固体氧化物燃料电池电解质圆片。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术采用溶胶凝胶-燃烧法制备的具有高离子电导率的Sr0.55Na0.45SiO2.775电解质，具有工艺简单、周期短、粒度更小的特点，克服了固相法制备周期长、工艺复杂的缺点。（2）本专利技术的Sr0.55Na0.45SiO2.775是二维层状氧化物离子导体，具有高的导电性、化学稳定性和电化学性能，经950℃保温10小时的电解质片其相对致密度达到98.9%；在空气中700℃时电导率达到0.006S/cm，适合运用在中低温固体氧化物燃料电池中。附图说明图1为Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末的XRD图谱。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1Sr0.55Na0.45SiO2.775制备方法：1）按Sr0.55Na0.45SiO2.775的化学计量比称取Sr(NO)2、NaNO3、正硅酸四乙酯(SiC8H12O8)，并按金属阳离子与EDTA、柠檬酸的摩尔比为1:1:1.5称取EDTA和柠檬酸；2）用质量浓度为10%-20%的氨水溶液将EDTA溶解；3）将NaNO3、Sr(NO3)2和柠檬酸分别加入到蒸馏水中进行溶解；4）按体积比V(SiC8H12O8):V(C2H5OH)=1:3将正硅酸四乙酯溶于无水乙醇；5）将步骤3）所得的硝酸盐溶液依次倒入步骤4）所得溶液中，然后向溶液中逐滴加入步骤2）所得溶液，再滴入柠檬酸溶液，并向溶液中质量逐滴加入浓度为15%-20%的氨水，以调节溶液pH值为7；6）将步骤5）得到的混合溶液放入恒温磁力搅拌器中加热至70℃，然后保持在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；7）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；8）将所得氧化物粉末加热至600±10℃，保温1±0.1小时以消除残留有机物，然后在900±10℃保温10±0.1小时，自然冷却，形成Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末；9）将所得Sr0.55Na0.45SiO2.775粉末放入模具中，在150MPa的压力下，制成直径为12±0.1mm、厚度为2±0.1mm的圆片，将圆片以每分钟3℃的速度加热到950±10℃保温10±0.1小时，得到高性能的中温固体氧化物燃料电池电解质圆片。具体的：1摩尔的Sr0.55Na0.45SiO2.775的制备：称取0.45摩尔NaNO3：0.45×84.99=38.2455克称取0.55摩尔Sr(NO3)2：0.55×211.63=116.3965克称取1摩尔的SiC8H12O8：1×208.33=208.33克称取1摩尔的EDTA：1×292.24=292.24克称取1.5摩尔的柠檬酸：1.5×210.14=315.21克用质量浓度为10%-20%的氨水溶液将EDTA溶解；将NaNO3、Sr(NO3)2和柠檬酸分别加本文档来自技高网...

【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：化学式为Sr

【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：化学式为Sr0.55Na0.45SiO2.775。


2.一种制备如权利要求1所述的电解质的方法，其特征在于：采用溶胶凝胶-燃烧法。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）将正硅酸四乙酯溶于无水乙醇中，依次加入NaNO3溶液和Sr(NO3)2溶液，搅拌均匀；
（2）将EDTA溶于氨水溶液1中，逐滴加入到步骤1）的混合溶液中，然后滴加柠檬酸溶液；
（3）滴加氨水溶液2，调节溶液pH值为7；
(4)恒温70℃搅拌至形成凝胶，加热至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；

【专利技术属性】
技术研发人员：彭开萍，连志翔，宋星宝，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35