[发明专利]一种共沉淀法合成固体氧化物燃料电池氧化铋基电解质材料的方法

说明书

一种共沉淀法合成固体氧化物燃料电池氧化铋基电解质材料的方法，涉及固体氧化物燃料电池电解质材料制造技术领域。将硝酸铋水溶液(Bi(NO₃)₃·5H₂O)和硝酸铥水溶液(Tm(NO₃)₃·5H₂O)混合后置于反应釜中并加入沉淀剂进行水热均匀共沉淀反应；反应完全后经后处理得到固体氧化物燃料电池氧化铋(Bi₂O₃)基电解质材料。本发明通过化学共沉淀法制备的氧化铋基电解质材料具有材料纯度高，粒度分布均匀、颗粒尺寸可控、形貌规则、活性较高，超细粉体，周期短，成本低，安全可靠，工艺简单，适于批量生产等优点。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池电解质材料制造技术领域，特别涉及一种共沉淀法合成固体氧化物燃料电池氧化铋基电解质材料的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cells，SOFC)被誉为21世纪最具有发展潜力的能源技术之一。目前，固体氧化物燃料电池(SOFC)的中低温化是SOFC商业化发展的关键，研究表明使用具有高氧离子电导率的电解质材料以及电解质材料的薄膜化是实现SOFC中低温化的主要途径。电解质是SOFC最核心的部件，其荷电输运特性和热膨胀性质不但直接影响电池的工作温度和电能转换效率，还决定了与之相匹配的阴极和阳极材料以及相应制备技术的选择。由于氧化铋基电解质在较低温度下具有较高的氧离子电导率，在500℃时离子电导可达到1×10^-2S/cm，在750℃大约有1S/cm，且它合成温度低，易于烧结成致密陶瓷，对减小电池内阻和制作燃料电池十分有利，是用作中低温固体氧化物燃料电池较理想的电解质材料。

δ-Bi₂O₃是一种特殊的材料，具有立方萤石矿型结构，其晶格中有1/4的氧离子位置是空缺的，因而具有非常高的氧离子导电性能。其比现有锆系电解质材料，如YSZ(Zr_1-xY_xO_2-X/2),在相同温度下的导电性高1～2个数量级，若能在固体燃料电池中取代YSZ，对提高电池效率和寿命，节省电池用料和简化电池制作，具有极其重要的意义。氧化铋作为一种先进粉体材料，除了在电解质方面有应用以外，在其他方面，如在电子陶瓷粉体材料、光电材料，催化剂、核废物吸收材料等方面都有良好的应用前景。随着氧化铋应用研究的不断深入和人们绿色环保意识的不断加强，氧化铋的应用将更为广阔。我们应该充分利用铋资料的优势，进一步加大氧化铋的应用研究力度，不断开发其新的应用领域，为提升我国传统产业和提高相关材料性能做出积极的贡献。

近年来，对Bi₂O₃的制备方法及应用的探索已引起了国内外研究人员的广泛兴趣。制备方法分为硬化学方法和软化学方法两大类。硬化学方法：因为铋盐特别容易水解而生成硝酸氧铋、氢氧化铋以及碱式氧化铋等产物，以往大多使用传统的硬化学方法合成纯净的氧化铋。主要采用高温固相法和喷雾热解法等。软化学方法：软化学的基本原理是在温度相对较低的条件下，通过化学反应使“硬”结构拼块与“软”溶剂或有机分子连接起来，或者是辅助以微波和超声等物理手段成功合成组成特殊、形貌各异、性能优异的纳米材料，这些性质是传统的硬化学反应难以达到的。目前研究中所应用的软化学方法：低温液相法、微波法和声化学方法。其中，利用低温液相法制备纳米氧化铋的方法有共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法和溶剂热法等。共沉淀法因其材料纯度高，粒度分布均匀、颗粒尺寸可控、形貌规则、活性较高，超细粉体，周期短，成本低，安全可靠，工艺简单，适于批量生产等优点而易推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种共沉淀法合成固体氧化物燃料电池氧化铋基电解质材料的方法，以克服现有技术上的缺陷，合成的氧化铋基电解质材料纯度高，粒度分布均匀、颗粒尺寸可控，容易后续工艺中的成型与烧结。

为实现该目的，本发明采用了以下技术方案：