[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池氧离子型复合电解质及制备方法

说明书

本发明涉及一种中温固体氧化物燃料电池氧离子型复合电解质及制备方法，所述复合电解质为La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3‑δ‑Bi基氧化物，其中，Bi基氧化物为Bi和Re的摩尔比为0.85:0.15的氧化物，Re为Er、La、Pr中的一种。采用溶胶凝胶‑燃烧法合成电解质粉体，经过球磨、烘干、造粒、压制成型、高温煅烧，制备出La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3‑δ‑Bi基氧化物复合电解质。该复合电解质具有烧成温度低、氧离子电导率高、稳定性好等优点，该工艺具有简单高效和低成本的优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池的电解质领域，具体涉及一种中温固体氧化物燃料电池氧离子型复合电解质及制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFCs)因能量转化率高、无污染以及燃料多样性等优点而成为燃料电池领域的研究热点。目前SOFCs的操作温度通常在1000℃以上，过高的操作温度带来了一系列问题，比如：电极活性降低、对连接体材料要求高、电池密封不好等。研发中温(600～800℃)固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)，是扩大电池组件材料选择范围和提高电池长期运行稳定性的重要发展方向。然而，随着工作温度的降低，传统的YSZ(氧化钇掺杂氧化锆)电解质的电导率迅速下降，导致电池性能下降，无法满足使用要求。因此，亟待开发一种新型的IT-SOFCs电解质。

La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ(LSGM)是一种新型电解质，它具有很高的电导率，并且在很宽的氧分压范围内(10^-20＜PO₂＜1)为纯氧离子导体。但是，LSGM的烧成温度很高(＞1450℃)，与阳极共烧时容易和阳极中的Ni发生化学反应，并且Ga元素在高温下易挥发。Bi基氧化物既具有低的烧成温度，又具有高的氧离子电导率，也是一种良好的氧离子导体。但是，Bi³⁺在低氧分压或还原气氛下极易被还原，产生电子电导，使得SOFCs的开路电压低，导致电池性能下降。上述电解质均存在一些问题，制约着其在SOFCs的应用。

发明内容

为了提高现有固体氧化物燃料电池电解质的性能，本发明采用溶胶凝胶-燃烧法制备La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ-Bi基氧化物复合电解质。Bi基氧化物为Bi和Re的摩尔比为0.85:0.15的氧化物，Re为Er、La、Pr中的一种。所制备的复合电解质具有烧成温度低、电导率高、稳定性好等优点。

本发明技术方案如下所述。

1.La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ粉体的制备方法如下所述。

1.1按La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ化学计量比称取La₂O₃、SrO、Ga₂O₃、MgO，按柠檬酸:金属阳离子的摩尔比为1.5:1称取柠檬酸。

1.2用浓度为10％的稀硝酸将La₂O₃、SrO、Ga₂O₃、MgO溶解为硝酸盐，加水将溶液浓度调整为0.1M。

1.3将柠檬酸加入溶液，搅拌直至溶液澄清，加氨水调整溶液pH值为8。