[发明专利]一种具有肖特基结型的无电解质隔膜单部件燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池（SOFC）技术领域,具体涉及一种用半导体金属氧化物与掺杂氧化铈复合材料制造肖特基结型的无电解质隔膜单部件燃料电池。 

背景技术

经过20多年新型燃料电池和复合材料的研究积累，在此基础上，已经发明了具有革命意义的单部件无电解质燃料电池（EFFC）（参考文献1-3）。在纳米复合先进燃料电池的研发中发现用于低温SOFC的纳米复合电极材料本身就可以代替燃料电池的全部功能。用其构造的单层燃料电池，550^oC下其输出电流密度超过1000毫安/平方厘米，输出功率达到600毫瓦/平方厘米。这种新型构型的无电解质燃料电池，只是一个单层，不要电解质隔膜也不用阳极、电解质、阴极的三层构型。该装置的核心是使用了p 和n型半导体材料和离子导体用先进的纳米复合技术构造体异性结从而实现在不使用电解质隔膜的条件下，燃料电池不产生短路（参见参考文献4）。（体异性结型的概念借用于太阳能电池，参见参考文献5）。从制作技术上说，要实现理想的体异性结结构的装置是一个相当复杂的工艺控制过程和精细的纳米技术。造成为了产品制造的高难度，影响其推广应用。 

因此，寻找能够“在不使用电解质隔膜的条件下，燃料电池不短路”的新工艺、新结构很有必要。 

参考文献 

【1】 B. Zhu, R. Raza, G. Abbas, M. Singh, Adv. Funct. Mater., 21(13),

 pp2465-2469, 2011.

【2】 B. Zhu, R. Raza, H. Qin, Q. Liu, L. Fan, Energy Environ. Sci., 4(8), 

pp2986-2992, 2011.

【3】 Nat. Nanotechnol. , 6, pp330, DOI: 310.1038/nnano.2011.93, 2011.

【4】 Zhu B., Lund P., Raza R., Patakangas J., Huang Q.-A., Fan L., and Singh M. A new energy conversion technology based on nano-redox and nano-device processes. Nano Energy, 2 (2013) 1179.

【5】Byoung Koun MIN et al, US 2013/0048062 A1，SOLAR CELL COMPRISING BULK HETEROJUNCTION INORGANIC THIN FILM

And FABRICATION OF THE SOLAR CELL SOLAR CELL。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有肖特基结型无电解质隔膜单部件燃料电池，不用复杂技术构造体异性结的单层电池，而且只用一种电子(n)或空穴(p)型半导体和离子导电材料，然后用物理镀膜或者用燃料电池操作的还原气氛在线生成肖特基金属表面膜，就构造出肖特基结型燃料电池。其核心是利用肖特基结势垒解决了燃料电池不要电解质隔膜而不短路的难题。 

本发明的燃料电池其单部件是由具有肖特基结型n 或p-型半导体金属氧化物和离子导体的复合材料构成，特别是过渡金属氧化物空穴型(p)导体，和掺杂氧化铈的构造肖特基结型的燃料电池。 

本发明是这样实现的： 

制备掺杂氧化铈离子导体；制备n或p-型半导体金属氧化物；进一步制备掺杂氧化铈和金属氧化物的复合材料。具体步骤如下：

1、用釤Sm³⁺或钆Gd³⁺ 和铈Ce³⁺硝酸盐按照Sm(或Gd):Ce=1:4-9制备它们的混合溶液。然后用碳酸钠为沉淀剂获得Sm³⁺或Gd³⁺掺杂氧化铈的母体，经抽滤，洗涤，干燥最后经800oC煅烧1-10小时获得Sm³⁺或Gd³⁺掺杂氧化铈离子导体； 

2、制备n或p-型金属氧化物：用固相反应法直接将相应的化学品，碱式碳酸镍，-铜，硝酸铁，硝酸钴，硝酸铝和碳酸锂按照化学计量配比研磨，在800-1000C烧结1-10小时获得氧化镍，铜，铁，或它们的掺杂混合氧化物，镍-铜；-铁， -钴等氧化物或锂掺杂过渡金属氧化物如三元镍钴锂，四元镍钴铝锂，镍铁锂，镍铁铝锂，镍铜铁锂等锂掺杂过渡金属氧化物。