【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物电池和固体氧化物电解池，尤其涉及一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)和固体氧化物电解池(soec)因其能进行热电联供而效率高、不需要贵金属催化剂而成本低、燃料适用范围广等优势，目前成为备受关注的能源转换技术之一。根据电解质传导离子的不同，主要将其分为氧离子型和质子型sofc，以及氧离子型和质子型soec。发展较早的氧离子型导体电解质会受到氧离子传导活化能较高限制，在中低温条件下欧姆电阻比质子型导体电解质要大很多，质子型sofc/soec成为国内外研究热点方向。目前，质子型导体电解质材料主要有各类元素掺杂锆酸钡、铈酸钡、锆酸锶、铈酸锶等体系，其中锆酸钡和铈酸钡因质子导电性和稳定性等优势而成为当下质子型sofc/soec主要应用的电解质材料。但由于该类质子型电解质通常采用b位掺杂来调控导电性和稳定性，a位通常完全为碱性金属离子占据，在采用碳氢燃料的sofc或soec电解co2时易发生酸碱反应而形成碳酸盐等导电阻隔相，使得界面电阻增大，由此在电池或者电解池运行中形成较大欧姆电阻而导致性能和稳定性下降。如何在含有二氧化碳等酸性气体中保持质子导体电解质较高的离子导电性和稳定性，是提高碳氢燃料质子型sofc及质子型soec高温电解co2性能和稳定性的关键问题之一。
2、目前会采用a位部分取代来降低电解质碱性，但可能会带来质子导体电解质导电性降低等问题。并且，过多的元素掺杂会引起晶体结构内部产生较大应力，在长期运行中可能会产生结构扭曲破坏而析出杂
技术实现思路
1、为解决掺杂锆酸钡和铈酸钡体系材料在二氧化碳酸性气体中的稳定性的技术问题，本专利技术公开了一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，设计采用真空浸渍法在电解质表面构筑纳米添加剂保护，以减少质子导体电解质在二氧化碳中的酸碱反应，增强质子传输活性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤一，配置含有碱土金属离子的硝酸盐溶液，或者含有过渡金属离子的硝酸盐溶液，或者含有va主族金属离子的硝酸盐溶液，并向其中加入适量络合剂，调节ph后，定容，得到络合剂与硝酸盐的混合溶液；
4、步骤二，用步骤一所得的络合剂与硝酸盐的混合溶液对钇掺杂锆酸钡或/和铈酸钡粉体按照浸渍总量的需求进行多次真空浸渍，对每次浸渍后的粉体进行低温煅烧，并对最后一次浸渍后的粉体进行高温煅烧。
5、进一步地，步骤一中，所述碱土金属离子包括镁离子、钙离子、锶离子中的一种；过渡金属离子包括锰离子、镍离子、铁离子、锌离子中的一种；va主族金属离子为铋离子中的一种；
6、溶液中金属离子的定容浓度为0.05-0.25mol/l，ph值为5-6；
7、所述络合剂为甘氨酸、柠檬酸铵、edta中的一种或两种，络合剂的浓度为0.8-4.5mol/l。
8、进一步地，步骤二中，用络合剂与硝酸盐的混合溶液浸渍时，按照浓度由高到低的顺序进行浸渍，且浸渍过程中调节真空度由低到高；
9、浸渍次数为5-15次，真空度范围为0.5-0.1mpa。
10、进一步地，步骤二中的浸渍总量为占钇掺杂锆酸钡或/和铈酸钡粉体的摩尔量，其中，镁离子浸渍总量为0.5mol％、1.0mol％、2.0mol％、3.0mol％、4.0mol％；钙离子浸渍总量为0.5mol％、4.0mol％；锶离子浸渍总量为0.5mol％；锰离子浸渍总量为1.0mol％、2.0mol％、3.0mol％；镍离子浸渍总量为0.5mol％、1.0mol％；铁离子浸渍总量为0.5mol％、1.0mol％、4.0mol％；锌离子浸渍总量为1.0mol％；铋离子浸渍总量为4.0mol％。
11、进一步地，步骤二中，低温煅烧温度为300-450度，煅烧时间为2-4小时，高温煅烧温度为700-900度，煅烧时间为2-6小时。
12、本专利技术的有益效果是，电解质表面上的纳米结构添加剂是由各种金属氧化物组成，一方面这些金属氧化物的碱性都比含钡电解质氧化物的碱性低，能够有效降低电解质表面强碱性含钡氧化物与酸性二氧化碳生成的碳酸盐等杂相的反应活性；另一方面，纳米结构添加剂与电解质之间可以形成高活性的异质界面，有助于提高质子导电性，由此降低电解质在整体的性能损耗及对稳定性的不利影响。
13、本专利技术严格筛选了碱土金属离子、或过渡金属离子、或va主族金属离子及对应的浸渍总量，与不同离子性质及在电解质表面形成的纳米结构添加剂作用方式有关，由此突破传统在电解质材料本身内部晶体结构进行化学掺杂改性的思路。
14、本专利技术采用结合化学组分和表面结构两方面修饰的方法，最终获得表面修饰纳米添加剂的质子导体电解质材料，其在二氧化碳中稳定性及离子传输活性大大提高，有效降低欧姆电阻、提高稳定性。
15、该方法提高了质子导体电解质材料在二氧化碳中导电性及稳定性，有利于推动碳氢燃料质子型sofc和质子型soec高温电解二氧化碳的发展应用。
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1.一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碱土金属离子包括镁离子、钙离子、锶离子中的一种；过渡金属离子包括锰离子、镍离子、铁离子、锌离子中的一种；VA主族金属离子为铋离子中的一种；
3.如权利要求2所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤二中，用络合剂与硝酸盐的混合溶液浸渍时，按照浓度由高到低的顺序进行浸渍，且浸渍过程中调节真空度由低到高；
4.如权利要求3所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤二中的浸渍总量为占钇掺杂锆酸钡或/和铈酸钡粉体的摩尔量，其中，镁离子浸渍总量为0.5mol％、1.0mol％、2.0mol％、3.0mol％、4.0mol％；钙离子浸渍总量为0.5mol％、4.0mol％；锶离子浸渍总量为0.5mol％；锰离子浸渍总量为1.0mol％、2.0mol％、3.0mol％；镍离子浸渍总量为0.5mol％、1.0mol％
5.如权利要求4所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤二中，低温煅烧温度为300-450度，煅烧时间为2-4小时，高温煅烧温度为700-900度，煅烧时间为2-6小时。
...【技术特征摘要】
1.一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碱土金属离子包括镁离子、钙离子、锶离子中的一种；过渡金属离子包括锰离子、镍离子、铁离子、锌离子中的一种；va主族金属离子为铋离子中的一种；
3.如权利要求2所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤二中，用络合剂与硝酸盐的混合溶液浸渍时，按照浓度由高到低的顺序进行浸渍，且浸渍过程中调节真空度由低到高；
4.如权利要求3所述的一种提高质子导体电解质在二氧化碳中稳定性的制备方法，其特征在于，步骤二中的浸渍总量为占钇掺杂锆...
【专利技术属性】
技术研发人员：戚惠颖，王晓靖，涂宝峰，张同环，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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