[发明专利]一种双掺杂中温固体氧化物燃料电池电解质

说明书

技术领域

本发明属于固体电解质的制备领域，具体涉及一种双掺杂中温固体氧化物燃料电池电解质及其制备方法。

背景技术

随着全球工业的发展及人口的迅速增长，地球上的资源将越来越短缺。美国能源信息署（EIA）统计结构显示，2010年世界能源需求量已达到106亿吨油当量，据预测，2025年将达到136.5亿吨油当量。而传统的发电方式大多是由石油、天然气等化石能源中的化学能通过燃烧转化为热能，再由热能推动机械设备产生机械能，最终转换为电能。这种能源转换不但受到卡诺循环的限制，还会产生大量粉尘、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物质及噪音；固体氧化物燃料电池具有燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、 一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。在大型集中供电、中型分电和小型家用热电联供等民用领域作为固定电站，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

传统SOFC的工作温度必须在800℃以上的运行温度才有较高的输出功率，高的运行温度不仅对电池的连接密封具有非常高的要求，而且加速电池部件间的副反应的发生，电池性能衰减速率增大，使电池的成本居高不下，大大限制了SOFC的商业化发展。因此，要使SOFC商业化发展，就要降低SOFC工作温度，开发中低温SOFC已成为必然趋势。在SOFC系统中，电解质是电池的核心，电解质的性能直接决定着SOFC电池的工作温度和性能。传统的电解质已无法适用于中低温条件，因此就必须寻求在中低温下具有高电导率的电解质。本发明的电解质在中温下的电导率高，可满足中温SOFC的使用条件。

发明内容

为了提高中温固体氧化物燃料电池电解质的性能，采用硝酸盐凝胶燃烧法

制备La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉(LGYMO)复合电解质，其相对致密度达到98%；在空气气氛下750℃时电导率为4.01×10^-2S/cm。

所述LGYMO电池电解质的制备方法：

1. La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉(LGYMO)的制备：

1）按照化学计量比用分析天平准确称量原料La₂O₃、MoO₃、Gd₂O₃、Y(NO₃)₃·6H₂O、络合剂柠檬酸；并按金属阳离子与柠檬酸的摩尔比为1:1.5称取柠檬酸；

2）La₂O₃和Gd₂O₃用稀硝酸溶解，MoO₃滴加氨水溶解；

3）Y(NO₃)₃·6H₂O和柠檬酸用去离子水溶解；

4）混合以上溶液并搅拌均匀，滴加氨水（氨水浓度为15%-20%）调节pH值为7；

5）将步骤4）得到混合溶液放入搅拌器中加热至70℃，在70℃下连续搅拌，直至形成凝胶；

6）将凝胶移入蒸发皿放在电炉上加热，直至发生自蔓延燃烧形成蓬松的氧化物粉末；

7）在600℃煅烧30分钟去有机物，然后在800℃±10℃煅烧5±0.1小时，形成LGYM粉末。

2. 将制成的LGYMO粉末放入模具中，在300MPa的压力下，制成圆片，将圆以每分钟3℃的加热速度加热到1100℃±10℃保温5±0.1小时，得到所需要的电解质圆片。

本发明的显著优点在于：

本发明制得的电解质的使用温度在中温（600℃-800℃）范围内具有高电导率，其相对致密度达到98%以上；该电解质在空气气氛下750℃时离子电导率达到4.01×10^-2S/cm，用于中温固体氧化物燃料电池。

附图说明

图1 La_1.8Gd_0.1Y_0.1Mo₂O₉电解质的电导率与测试温度的关系曲线。

具体实施方式