[发明专利]一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池

说明书

本发明公开了一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池，该电解质由赤铁矿(α‑Fe₂O₃)和石英(SiO₂)组成，与传统的离子掺杂型电解质相比，本发明通过α‑Fe₂O₃在还原气氛中的表面氧空位传导和SiO₂对电子的隔绝作用，使所述电解质获得电解质功能，所组装的仿天然赤铁矿电解质燃料电池在低温区间展现良好的输出性能，因而在固体氧化物燃料电池领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的清洁能源技术，因其具有高能源转化效率、低污染排放和多燃料选择性等特点，而受到了国际社会的广泛关注。

目前，SOFC常用的电解质为掺杂氧化锆和掺杂氧化铈，其工作原理主要是采用结构掺杂产生大量晶格氧空位，通过氧空位扩散机制进行氧离子传导。由于该过程需要高温的激活，因此这类电解质只有在800-1000℃的高温下才能获得充足的离子电导率，这造成了较高的SOFC制造成本和技术复杂性。因此，需要开发在低温下具有高离子电导率的低温电解质材料，以使SOFC可在较低的温度下运行。

发明内容

针对上述问题，现提供一种仿天然赤铁矿电解质及仿天然赤铁矿电解质燃料电池，旨在有效解决SOFC电池中存在的问题。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种仿天然赤铁矿电解质，具有这样的特征，电解质由α-Fe₂O₃粉末及石英混合、烧结、研磨后形成。

上述的仿天然赤铁矿电解质，还具有这样的特征，电解质由α-Fe₂O₃粉末及石英按质量比8：2混合、烧结、研磨后形成。

上述的仿天然赤铁矿电解质，还具有这样的特征，电解质由α-Fe₂O₃粉末及石英混合后于800℃下烧结4小时后再进行研磨形成。

本发明的第二个方面是提供一种仿天然赤铁矿电解质燃料电池，具有这样的特征，包括上述的仿天然赤铁矿电解质和NCAL-Ni电极片(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05LiO_2-δ渗透的泡沫Ni)。

本发明中α-Fe₂O₃粉末的制备方法为：取柠檬酸，配置形成200ml、浓度为0.5mol·L^-1的柠檬酸溶液，再向其中溶入可溶性铁盐，以配制形成c(Fe³⁺)：c(柠檬酸)＝1:1的混合液，向混合液中加入6ml乙二醇，搅拌2h后再于80℃水浴下加热成凝胶，随后将凝胶干燥成干凝胶，研磨成粉体，然后将粉体在800℃马弗炉中焙烧4小时，取出，研磨，得α-Fe₂O₃粉末。

上述仿天然赤铁矿电解质燃料电池的组装方法，还具有这样的特征，包括如下步骤：

1)称取适量的NCAL粉末和松油醇，将所述NCAL粉末与所述松油醇充分混合后研磨，得到浆料，再将浆料均匀涂在泡沫镍上，烘干制成NCAL-Ni电极片；

2)称取0.25g仿天然赤铁矿电解质，充分研磨；在电池模具中先放入一片NCAL-Ni电极，再倒入仿天然赤铁矿电解质，压平，随后覆盖上另一片NCAL-Ni电极；

3)利用压片机在10MPa下将NCAL-Ni、仿天然赤铁矿粉末、NCAL-Ni三层物质压制90s后取出，形成所需要的燃料电池片。

上述方案的有益效果是：