【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种低温固体氧化物燃料电池的电解质及其制备方法和中低温固体氧化物燃料电池。
技术介绍
1、固体氧化物燃料电池(sofc)相比其他燃料电池具有诸多优点，比如，电池结构全为固体，避免了使用液态电解质时造成的电极腐蚀和电解液流失问题；电极反应迅速，无须采用贵金属电极，降低了成本；电池排放的余热可以重复利用，可用于供暖或与蒸汽涡轮联用循环发电。sofc对燃料的适应性较强，可使用氢气、活性炭和甲烷等多种化合物作为燃料。基于这些特征，sofc被认为是较为高效、绿色和便捷的发电技术，有望运用于供电、供热和交通运输等商业领域。采用陶瓷材料的电解质是sofc的核心部件，主要作用是传导离子，在很大程度上决定了电池的工作温度。sofc的工作温度是目前运行温度最高的燃料电池，过高的温度会引发一系列问题，如何在保证性能的前提下降低工作温度是sofc进一步市场化的关键。
2、电解质起到传递氧离子，同时将燃料气和氧化气隔离的双重作用，要求其具有较高的离子电导率和离子迁移数、良好的热稳定性和化学稳定性，因此电解质材料的性能是决定电池性能的关键因素之一。电池的性能、操作温度甚至电极材料的选择在一定程度上都取决于电解质材料。电解质材料需要满足：高的离子电导率、高的离子迁移数、良好的结构稳定性、良好的化学稳定性、与其他电池元件有良好的热膨胀匹配性。
3、sofc单电池主要由阳极、阴极和电解质组成。单电池的阴极通常直接暴露于空气中，空气中的氧气(o2)在阴极被还原为氧离子(o2-)后通过氧离子导体电解质
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种低温固体氧化物燃料电池的电解质及其制备方法和中低温固体氧化物燃料电池。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种低温固体氧化物燃料电池的电解质的制备方法，包含如下步骤：
4、1)将氧化物粉体、分散剂和溶剂进行球磨，得到粉体体系；
5、2)将粉体体系、粘结剂和增塑剂进行球磨后真空除泡，得到浆料；
6、3)将浆料顺次进行流延成型、阶梯烧结，得到电解质。
7、作为优选，步骤1)所述氧化物粉体为lscf-wo3复合粉体、sm0.075nd0.075ce0.85o2-δ粉体、氧化钇稳定氧化锆粉体或ce0.8sm0.2o1.9粉体；lscf-wo3复合粉体中lscf和wo3的质量比为6～8：2～4；
8、所述分散剂为三乙醇胺、聚丙烯酸和磷酸三乙酯中的一种或几种；所述溶剂为甲基乙基酮-无水乙醇、正丙醇-丁醇、丙酮-甲醇或无水乙醇-丁酮。
9、作为优选，步骤2)所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种；
10、所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯和聚乙二醇中的一种或几种。
11、作为优选，氧化物粉体的质量为浆料质量的45～52％；分散剂的质量为浆料质量的0.8～1.6％；粘结剂的质量为浆料质量的8～12％；增塑剂的质量为浆料质量的1～3％。
12、作为优选，步骤1)所述球磨的时间为16～20h，步骤2)所述球磨的时间为10～15h，步骤1)和步骤2)所述球磨的转速独立的为500～700r/min。
13、作为优选，步骤2)所述真空除泡的真空度为-0.10～-0.08mpa，真空除泡的时间为25～32min；
14、步骤3)所述流延成型的速率为25～35cm/min。
15、作为优选，步骤3)所述阶梯烧结包含第一烧结、第二烧结和第三烧结，第一烧结的温度为900～1000℃，第一烧结的时间为1～3h；第二烧结的温度为1230～1280℃，第二烧结的时间为2～3h；第三烧结的温度为1320～1360℃，第三烧结的时间为3～5h。
16、作为优选，升温至第一烧结温度和升温至第二烧结温度的升温速率独立的为2～3℃/min，升温至第三烧结温度的升温速率为1～2℃/min。
17、本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的低温固体氧化物燃料电池的电解质。
18、本专利技术还提供了一种包含所述的电解质的中低温固体氧化物燃料电池，中低温固体氧化物燃料电池采用玻璃陶瓷非晶材料进行密封；密封的温度为820～850℃，密封层厚度为0.4～0.8mm。
19、本专利技术的有益效果为：
20、本专利技术通过合理选择氧化物粉体、分散剂、粘结剂、增塑剂和溶剂种类，合理控制各原料用量以及球磨、烧结的工艺参数，显著提高了电解质的薄膜化和致密性能，电化学性能得到提升。本专利技术采用玻璃陶瓷非晶材料对中低温固体氧化物燃料电池进行密封，具有优异的密封性能和稳定性能，泄漏率显著减少。
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1.一种低温固体氧化物燃料电池的电解质的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述氧化物粉体为LSCF-WO3复合粉体、Sm0.075Nd0.075Ce0.85O2-δ粉体、氧化钇稳定氧化锆粉体或Ce0.8Sm0.2O1.9粉体；LSCF-WO3复合粉体中LSCF和WO3的质量比为6～8：2～4；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，氧化物粉体的质量为浆料质量的45～52％；分散剂的质量为浆料质量的0.8～1.6％；粘结剂的质量为浆料质量的8～12％；增塑剂的质量为浆料质量的1～3％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述球磨的时间为16～20h，步骤2)所述球磨的时间为10～15h，步骤1)和步骤2)所述球磨的转速独立的为500～700r/min。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述阶梯烧结包含第一烧结、第二烧结和第三烧结，第一烧结的温度为900～1000℃，第一烧结的时间为1～3h；第二烧结的温度为1230～1280℃，第二烧结的时间为2～3h；第三烧结的温度为1320～1360℃，第三烧结的时间为3～5h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，升温至第一烧结温度和升温至第二烧结温度的升温速率独立的为2～3℃/min，升温至第三烧结温度的升温速率为1～2℃/min。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的低温固体氧化物燃料电池的电解质。
10.一种包含权利要求9所述的电解质的中低温固体氧化物燃料电池，其特征在于，中低温固体氧化物燃料电池采用玻璃陶瓷非晶材料进行密封；密封的温度为820～850℃，密封层厚度为0.4～0.8mm。
...【技术特征摘要】
1.一种低温固体氧化物燃料电池的电解质的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述氧化物粉体为lscf-wo3复合粉体、sm0.075nd0.075ce0.85o2-δ粉体、氧化钇稳定氧化锆粉体或ce0.8sm0.2o1.9粉体；lscf-wo3复合粉体中lscf和wo3的质量比为6～8：2～4；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种；
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，氧化物粉体的质量为浆料质量的45～52％；分散剂的质量为浆料质量的0.8～1.6％；粘结剂的质量为浆料质量的8～12％；增塑剂的质量为浆料质量的1～3％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述球磨的时间为16～20h，步骤2)所述球磨的时间为10～15h，步骤1)和步骤2)所述球磨的转速独立的为500～700r/min。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：佟峰，李文涛，崔爱晗，朱福临，曹希传，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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