[发明专利]一种多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料，所述电解质材料的化学式如下：Ce_0.8Y_xGd_0.04‑xSm_0.16O_1.9，式中0.02≤x≤0.035，通过将Y、Gd和Sm作为共掺杂剂对CeO₂固体电解质材料进行掺杂，可以大幅度提高材料的中低温离子电导率。本发明还公开了多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料的制备方法，采用超声微波辅助溶胶‑凝胶法制备固体电解质材料，制备的粉体成分分布比较均匀、粒径比较小、晶粒均匀致密，能更有效地提高材料的中低温离子电导率，并且具备反应条件温和、尺寸容易调控、烧结温度低，反应时间短等优点。

技术领域

本发明涉及中低温燃料电池固体电解质技术领域，尤其涉及一种多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种新型洁净的能量转换装置，它具有对环境友好、能量转换效率高等优点，因此倍受研究者的关注。众所周知，固体电解质是SOFC的核心组成部分，目前研究和使用比较多的固体电解质材料包括掺杂氧化锆、掺杂氧化铈以及一些新型材料。传统的SOFC需要在800℃以上的高温下工作才能具备较高的工作效率，这就增加了电池的成本，限制了SOFC的推广应用。因此，目前的研究重点主要是开发在中低温范围内具有高离子电导率的固体电解质材料。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料及其制备方法。

本发明提出的一种多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料，所述电解质材料的化学式如下：Ce_0.8Y_xGd_0.04-xSm_0.16O_1.9，式中0.02≤x≤0.035。

优选地，式中x＝0.03。

一种所述的多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料的制备方法，包括下述步骤：

S1、按化学计量比称取Gd(NO₃)₃·6H₂O、Sm(NO₃)₃·6H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O、Y(NO₃)₃·6H₂O，用去离子水溶解，得到混合液A；

S2、将适量柠檬酸溶解于去离子水中，得到溶液B；

S3、将混合液A和溶液B置于超声微波组合反应系统中，打开超声波发生装置和微波发生装置，将混合液A和溶液B在超声波、微波共同作用下加热至设定温度，然后将溶液B滴加至混合液A中，混合均匀，再在超声波、微波共同作用下，在设定温度、设定pH下保温反应，得到溶胶C；

S4、将溶胶C冷却、陈化、烘干，然后研磨成粉末，加热煅烧，得到所述多组分共掺杂氧化铈基固体电解质材料。

优选地，所述柠檬酸与混合液A中金属离子的摩尔比为1：(1.4-1.6)。

优选地，所述步骤S3中，设定温度为20-80℃，设定pH为6-8，反应时间为3-5h；所述步骤S3中，超声波功率为400-600W，微波功率为600-1000W。

优选地，所述步骤S4中，加热煅烧的具体方法为：先在30-150℃保温20-40min，然后升温至250-350℃保温60-80min，再升温至700-800℃保温150-200min，即可。

一种中低温燃料电池固体电解质陶瓷膜的制备方法，包括下述步骤：