一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料及其制备方法，固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为La

A ceramic connector material for solid oxide fuel cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料及其制备方法
本专利技术属于燃料电池领域，具体的说是一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料及其制备方法。
技术介绍
燃料电池作为一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等诸多优点。固体氧化物燃料电池)是将燃料中的化学能直接转化为电能的一种电化学装置，具有系统设计简单、能量转换效率高、对环境友好、燃料适应性强及寿命长等优点，被公认为21世纪的绿色能源转化装置。但是,理论上SOFC单电池的电压只有约1.2V，要达到能够实际应用的千瓦乃至兆瓦级发电机功率范围，需将很多个电池按照串联和并联方式组装。连接体就是将电池组装成电池堆的关键部件，它不仅为相邻电池的阴极和阳极提供电子通道，而且起着隔离相邻阳极和阴极的不同气氛的作用。因此连接体必须具备高的电子电导率、低的氧离子电导率等性能，在氧化和还原气氛下具备良好的化学稳定性以及足够高的致密性，其致密度需高于94%，是SOFC所有组件中要求最为苛刻的。然而，同时满足这些条件的材料是非常少的。目前，常用的材料是铬酸镧（LaCrO3），它因具备良好的电子电导和化学稳定性而被用作SOFC连接体达数十年，但是由于铬酸镧基陶瓷材料的烧结性能不佳，致使该类材料很难烧结致密，因此不得不采用比较昂贵的制备方法。比如：西门子-西屋公司采用等离子喷涂法来制备铬酸镧连接体。但是由于工艺复杂，成本较高，一直难以商业化。同时该材料长期使用还存在Cr挥发的问题。另一种提高LaCrO3烧结性能的方法是对其进行掺杂改性。LaCrO3属于典型的ABO3钙钛矿结构，一般对La位或者Cr位进行过渡金属掺杂，从而达到增加其电导率与致密度的目的，前文所述西门子-西屋公司所用的连接体材料也是经过掺杂后的LaCrO3连接体。因此本专利技术通过La位和Cr位共掺杂来提高LaCrO3的烧结性能，使其能够在1400℃下4h烧结，致密度即可大于94%。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种在还原和氧化气氛中都能保持稳定，同时热膨胀系数同YSZ10.95×10-6K-1基本保持一致的固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术是一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料，固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为LaxSr1-xCryFe1-yO3-σ其中x=0.5～1;y=0.1～0.5，厚度为10～20μm。本专利技术的进一步改进在于：所述镧锶铬铁氧化物为La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ。本专利技术的一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料的制备方法，步骤如下：1）采用均为分析纯的La2O3,SrCO3,Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O为初始原料，根据La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ各组分的元素化学计量比，将0.01~0.03mol的La2O3、0.01~0.03mol的SrCO3溶于50~100ml浓度为1mol/L稀硝酸，配制成溶液1；均为0.01~0.03mol的Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O溶于50~100ml去离子水，配制成溶液2，然后将上述溶液1和溶液2混合，搅拌均匀得到混合溶液；2）往步骤1中得到的混合溶液中加入柠檬酸和乙二醇作为络合剂，在80℃的水浴中不停地搅拌8~12h，直至形成暗黑色胶状物；3)将步骤2中得到的暗黑色胶状物转移至烘箱中以150-300℃烘干，待胶状物变成蓬松的泡沫状后取出；4）将步骤三中的泡沫状La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ前驱体研磨成粉末后置于马弗炉中，采用程序升温法烧结，烧结温度为1000～1200℃，升温速率为3~5℃/min，保温4～8小时，除去中间残留的有机物以及碳，形成所需的La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ粉体；5）称取1~3g上述La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ粉体，用矩形模具在粉末压片机下以100~200MPa进行压片，然后在1400℃下烧结4h，升温速率3~5℃/min，最后得到的样品致密度为96.6%。本专利技术的进一步改进在于：步骤3中放入烘箱中烘干的温度为200℃。本专利技术的进一步改进在于：步骤2中向混合溶液中加入的柠檬酸与乙二醇与溶液中的金属离子之和的摩尔比为1∶1∶1。本专利技术的进一步改进在于：步骤3中在烘箱内烘干时间为8~12h。本专利技术的有益效果是：LaxSr1-xCryFe1-yO3-在800℃时，电导率在空气中达21.88Scm-1，在5%H2/Ar中达6.45Scm-1，且在还原和氧化气氛中都能保持稳定，同时热膨胀系数为11.47×10-6K-1，同YSZ(10.95×10-6K-1)基本保持一致，该材料在1400℃下烧结4h，其致密度最高可达96.6%，非常适合作为SOFC的陶瓷连接体。附图说明图1是步骤4中La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ粉体的样品XRD图。其中：a是合成的样品，b是在900℃下氢气还原9h的样品。图2是步骤5所得致密度为96.6%的样品截面形貌图。图3是步骤5所得样品电导率的阿累尼乌斯曲线。图4是步骤5所得样品与SOFC电解质（YSZ）室温至1000℃时平均热膨胀系数的对比图。具体实施方式为了加强对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述，以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制，在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。本专利技术是一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料，其特征在于：固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为LaxSr1-xCryFe1-yO3-σ其中x=0.5～1;y=0.1～0.5，厚度为10～20μm。，优选的为La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ。La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ的制备以及烧结得到的连接体的样品的制备步骤如下：1）采用均为分析纯的La2O3,SrCO3,Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O为初始原料，根据La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ各组分的元素化学计量比，将0.01~0.03mol的La2O3、0.01~0.03mol的SrCO3溶于50~100ml浓度为1mol/L稀硝酸，配制成溶液1；均为0.01~0.03mol的Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O溶于50~100ml去离子水，配制成溶液2，然后将上述溶液1和溶液2混合，搅拌均匀得到混合溶液；2）往步骤1中得到的混合溶液中加入柠檬酸和乙二醇作为络合剂，在80℃的水浴中不停地搅拌8~12h，直至形成暗黑色胶状物；其中向混合溶液中加入的柠檬酸与乙二醇与溶液中的金属离子之和的摩尔比为1∶1∶1；3)将步骤2中得到的暗黑色胶状物转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料，其特征在于：固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为La

【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料，其特征在于：固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体组成为镧锶铬铁氧化物，其化学式为LaxSr1-xCryFe1-yO3-σ其中x=0.5～1;y=0.1～0.5，厚度为10～20μm。


2.根据权利要求1所述的一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料，其特征在于：所述镧锶铬铁氧化物为La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ。


3.一种固体氧化物燃料电池用陶瓷连接体材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：1）采用均为分析纯的La2O3,SrCO3,Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O为初始原料，根据La0.8Sr0.2Cr0.5Fe0.5O3-σ各组分的元素化学计量比，将0.01~0.03mol的La2O3、0.01~0.03mol的SrCO3溶于50~100ml浓度为1mol/L稀硝酸，配制成溶液1；均为0.01~0.03mol的Fe(NO3)3·9H2O和Cr(NO3)3·9H2O溶于50~100ml去离子水，配制成溶液2，然后将上述溶液1和溶液2混合，搅拌均匀得到混合溶液；
2）往步骤1中得到的混合溶液中加入柠檬酸和乙二醇作为络合剂，在80℃的水浴中不停地搅拌8~12h，直至形成暗黑色胶状物...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶钰盛，魏涛，张早红，王志孟，杨兴林，卓怀芃，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32