[发明专利]复合固体电解质及其制备方法

说明书

复合固体电解质及其制备方法，所述电解质包括萤石结构的CeO₂基电解质材料、钙钛矿结构的BaCeO₃基电解质材料和助烧结剂，其制备方法包括以下步骤：将CeO₂基材料与BaCeO₃基材料混合，并加入助烧结剂，得到混合粉料；将混合粉料加入溶剂中，进行搅拌、研磨，干燥后得到混合粉末；将所得的混合粉末进行预烧，得到复合固体电解质前驱粉体；将复合固体电解质前驱粉体进行研磨、压实，再高温烧结制成电解质薄片。本发明的复合固体电解质在500～800℃的中温区具有较高的离子电导率，可提高SOFC单电池开路电压、提高单电池输出性能，且烧结温度相对较低，可以降低制备成本。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池中使用的固体电解质及其制备方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell，简称FC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。燃料电池因具有能量转换效率高、无污染等特点正受到越来越广泛的关注。固体氧化物燃料电池(SOFC)是第四代燃料电池，因为采用了全固态的电池组件，与其他种类的燃料电池相比，固体氧化物燃料电池具有工作噪音小、电极反应过程迅速和燃料适应性强等优点。

传统的固体氧化物燃料电池一般使用钇稳定氧化锆(YSZ)作为电解质，然而钇稳定氧化锆只有在温度达到1000℃时才具有足够的电导率，因此以钇稳定氧化锆为电解质的固体氧化物燃料电池的工作温度至少要达到1000℃。如此高的工作温度使得电池的使用成本很高，而且也带来了电极烧结、没有合适的连接材料等一系列问题。因此，如何可以降低工作温度成为了固体氧化物燃料电池的研究目标。

研究发现，将固体氧化物燃料电池的工作温度降低至500～800℃的中温区时，可以克服高温工作的缺点。然而，降低电池的工作温度会导致电解质的离子电导率降低以及电极的催化活性下降，从而使电池的输出性能下降。为了提高固体氧化物燃料电池中温工作时的输出性能，开发合适的电解质材料是重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于中温固体氧化物燃料电池的复合固体电解质及其制备方法，可以改善固体氧化物燃料电池在中温区的输出性能。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

复合固体电解质，包括萤石结构的CeO₂基电解质材料、钙钛矿结构的BaCeO₃基电解质材料和助烧结剂。

更具体的，所述CeO₂基电解质材料的通式为Ce_{1-x1-x2-x3-x4}A_x1B_x2C_x3D_x4O_2-δ，其中A、B、C、D分别为化学元素La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y、In中的一种，且A、B、C、D互不相同；0≤x1＜1，0≤x2＜1，0≤x3＜1，0≤x4＜1，且0＜x1+x2+x3+x4＜1，0＜δ＜1.5。

更具体的，所述BaCeO₃基电解质材料的通式为BaCe_{1-y1-y2-y3-y4}A’_y1B’_y2C’_y3D’_y4O_3-φ，其中A’、B’、C’、D’分别为化学元素Zr、Mg、Ca、Sr、Ti、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc、Y、In中的一种，且A’、B’、C’、D’互不相同；0≤y1≤1，0≤y2≤1，0≤y3≤1，0≤y4≤1，且0≤y1+y2+y3+y4≤1，0＜φ＜1.5。