一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池，该电解质由赤铁矿(α

【技术实现步骤摘要】
一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池


[0001]本专利技术涉及固体氧化物燃料电池
，尤其涉及一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的清洁能源技术，因其具有高能源转化效率、低污染排放和多燃料选择性等特点，而受到了国际社会的广泛关注。
[0003]目前，SOFC常用的电解质为掺杂氧化锆和掺杂氧化铈，其工作原理主要是采用结构掺杂产生大量晶格氧空位，通过氧空位扩散机制进行氧离子传导。由于该过程需要高温的激活，因此这类电解质只有在800
‑
1000℃的高温下才能获得充足的离子电导率，这造成了较高的SOFC制造成本和技术复杂性。因此，需要开发在低温下具有高离子电导率的低温电解质材料，以使SOFC可在较低的温度下运行。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，现提供一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池，旨在有效解决SOFC电池中存在的问题。
[0005]具体技术方案如下：
[0006]本专利技术的第一个方面是提供一种仿天然赤铁矿电解质，具有这样的特征，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英混合、烧结、研磨后形成。
[0007]上述的仿天然赤铁矿电解质，还具有这样的特征，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英按质量比8：2混合、烧结、研磨后形成。
[0008]上述的仿天然赤铁矿电解质，还具有这样的特征，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英混合后于800℃下烧结4小时后再进行研磨形成。
[0009]本专利技术的第二个方面是提供一种仿天然赤铁矿电解质燃料电池，具有这样的特征，包括上述的仿天然赤铁矿电解质和NCAL
‑
Ni电极片(Ni
0.8
Co
0.15
Al
0.05
LiO2‑
δ
渗透的泡沫Ni)。
[0010]本专利技术中α
‑
Fe2O3粉末的制备方法为：取柠檬酸，配置形成200ml、浓度为0.5mol
·
L
‑1的柠檬酸溶液，再向其中溶入可溶性铁盐，以配制形成c(Fe
3+
)：c(柠檬酸)＝1:1的混合液，向混合液中加入6ml乙二醇，搅拌2h后再于80℃水浴下加热成凝胶，随后将凝胶干燥成干凝胶，研磨成粉体，然后将粉体在800℃马弗炉中焙烧4小时，取出，研磨，得α
‑
Fe2O3粉末。
[0011]上述仿天然赤铁矿电解质燃料电池的组装方法，还具有这样的特征，包括如下步骤：
[0012]1)称取适量的NCAL粉末和松油醇，将所述NCAL粉末与所述松油醇充分混合后研磨，得到浆料，再将浆料均匀涂在泡沫镍上，烘干制成NCAL
‑
Ni电极片；
[0013]2)称取0.25g仿天然赤铁矿电解质，充分研磨；在电池模具中先放入一片NCAL
‑
Ni
的柠檬酸溶液，再向其中溶入可溶性铁盐，以配制形成c(Fe
3+
)：c(柠檬酸)＝1:1的混合液，向混合液中加入6ml乙二醇，搅拌2h后再于80℃水浴下加热成凝胶，随后将凝胶干燥成干凝胶，研磨成粉体，然后将粉体在800℃马弗炉中焙烧4小时，取出，研磨，得α
‑
Fe2O3粉末。
[0035]如图1、图2所述，本专利技术的实施例中提供仿天然赤铁矿电解质中的α
‑
Fe2O3与标准PDF卡片(PDF#89
‑
0596)一致，且其中的SiO2与标准PDF卡片(PDF#78
‑
2351)一致，为六方相结构。
[0036]如图3、图4和图5所述，本专利技术提供的α
‑
Fe2O3粉末及仿天然赤铁矿电解质中纳米颗粒分布均匀，仿天然赤铁矿电解质中α
‑
Fe2O3和SiO2两相复合较均匀。
[0037]如图6所示，本专利技术提供的的燃料电池在500
‑
550℃低温区间下开路电压在1V左右，没有任何短路的现象，且其在550℃时输出功率密度最高可达到240mW
·
cm
‑2，这主要是因为仿天然赤铁矿电解质具有较好的微观颗粒形貌，这种均匀性更好的微观形貌提供了大量的晶界接触，导致了电解质中离子在晶界区域的快速运输。当燃料电池工作温度降低时其OCV并未有明显下降，但设备的输出功率缺明显降低，这主要可归因于α
‑
Fe2O3在低温下逐渐降低的离子传导能力。
[0038]如图7、图8所示，本专利技术提供的仿天然赤铁矿电解质的电导率呈逐渐下降的特征，这表明材料的电阻随着测量温度下降而升高，这种升高主要是晶界区域氧离子和质子迁移速率随着温度降低的结果，这同时缩短了极化弛豫时间并升高了总电阻(如图8所示)。由于电子绝缘体SiO2的存在，仿天然赤铁矿电解质在空气中的总电导率较低(如图7所示)。在氢气
‑
空气氛围中，仿天然赤铁矿电解质的电导率相较于空气中有数个量级的提升(如图8所示)，这主要是由于α
‑
Fe2O3被氢气诱导能产生氧缺陷型α
‑
Fe2O3‑
δ
，在氢气
‑
空气氛围中电解质中α
‑
Fe2O3颗粒迅速形成了大量的表面氧缺陷(氧空位)，为离子的运输提供了有效通道，从而获得显著提升的离子电导率。
[0039]如上，说明本专利技术提供的仿天然赤铁矿电解质可有效降低固体氧化物燃料电池的操作温度。
[0040]以上所述仅为本专利技术较佳的实施例，并非因此限制本专利技术的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本专利技术说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本专利技术的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿天然赤铁矿电解质，其特征在于，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英粉末混合、烧结、研磨后形成。2.根据权利要求1所述的仿天然赤铁矿电解质，其特征在于，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英粉末按质量比8：2混合、烧结、研磨后形成。3.根据权利要求2所述的仿天然赤铁矿电解质，其特征在于，电解质由α
‑
Fe2O3粉末及石英粉末混合后于800℃下烧结4小时后再进行研磨形成。4.一种仿天然赤铁矿电解质燃料电池，其特征在于，包括权利要求1
‑
3任一项所述的仿天然赤铁矿电解质和NCAL
‑
Ni电极片。5.权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨，王升阳，吴柏威，王浚英，董文静，汪宝元，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：