本發明專利技術屬于固體電解質的制備領域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法。所述的電解質為化學式為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固體氧化物粉末。本發明專利技術采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備該電池電解質，相對致密度達到100%；該電解質在潮濕的空氣氣氛（3%H2O）下700℃時離子電導率為0.01S/cm。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于固體電解質的制備領域，具體涉及一種中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法。
技術介紹
能源是一個國家國民經濟發展的命脈，也是衡量文明發達程度、人民生活水平和國家綜合國力的重要指標。近年來，我國國力突飛猛進，對能源的需求也與日劇增。目前使用較多的化石燃料（如石油、煤炭）不僅燃燒效率較低，會對環境造成污染且不可持續發展，因而新能源的發展需求迫在眉睫。固體氧化物燃料電池（SOFC）通過電化學反應過程使化石類燃料中的化學能直接轉化為電能，由于沒有燃燒和機械過程，SOFC不受卡諾循環影響，極高的提高了能量的轉化效率，避免或減少了NOx、SOx、COx以及粉塵等污染物的產生；SOFC的工作溫度在600℃~1000℃，其副產品是高品質的熱和水蒸氣，在熱–電聯供的情況下，能量利用率高達80%左右，是一種清潔高效的能源系統。因而SOFC被公認為是最具發展前景的電池之一。傳統SOFC的工作溫度位于900~1000℃之間，較高的工作溫度在電池的運行過程中會促進電池各部件間的相互反應和擴散，降低電池的使用壽命，這樣必然對電極材料和連接件等材料的性能提出更高的要求，造成生產的成本上升，限制了SOFC的商業化發展。因此，要使SOFC商業化發展，就需要降低SOFC工作溫度，開發中低溫SOFC已成為必然趨勢。在SOFC系統中，電解質是電池的核心，電解質的性能直接決定著SOFC電池的工作溫度和性能。傳統的電解質已無法適用于中低溫條件，因此就必須尋求在中低溫下具有高電導率的電解質。本專利技術的電解質在中低溫的使用條件下，導電率高；用該電解質制成的單電池的電池的輸出功率密度增大，因此具有更好的電化學性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提供一種中溫固體氧化物燃料電池電解質及其制備方法。采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備，電解質的相對致密度達到100%；在潮濕的空氣氣氛（3%H2O）下700℃時電導率為0.01S/cm。一種中溫固體氧化物燃料電池電解質，其為化學式為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固體氧化物粉末。一種制備如上所述中溫固體氧化物燃料電池電解質的方法，具體步驟為：1）按Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95化學計量比稱取Ce(NO3)3·6H2O、In(NO3)3·4.5H2O和Gd2O3，并按檸檬酸與金屬陽離子的摩爾比為2:1，稱取檸檬酸；2）將Ce(NO3)3·6H2O，In(NO3)3·4.5H2O和檸檬酸加入蒸餾水溶解，得溶液1；3）將Gd2O3用稀硝酸溶解，得溶液2；4）將溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，調節pH值為7；5）將步驟4）得到的混合溶液放入攪拌器中加熱至45℃，在45℃下連續攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠；6）將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；7）將粉末加熱至800℃±10℃，保溫3±0.1小時，自然冷卻，形成Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95電解質粉末；8）將制成的Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95粉末放入模具中，在400MPa的壓力下，制成圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃±10℃保溫3±0.1小時，得到所需要的電解質圓片。步驟4）所述的氨水濃度為15wt%-20wt%。本產品的有益效果在于：1）本專利技術采用硝酸鹽凝膠燃燒法制備，電解質的相對致密度達到100%；在潮濕的空氣氣氛（3%H2O）下700℃時電導率為0.01S/cm；2）所制得的電解質在中溫（600℃-800℃）范圍內具有較高的電導率；電解質片的燒結溫度低，對設備要求低，更加節能。附圖說明圖1為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的XRD圖譜；由圖可知：Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95是螢石結構；圖2為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的電導率與測試溫度的關系曲線；由圖可知：隨著測試溫度的升高，電導率提高，表現為離子電導特性；在700℃下的電導率為0.012S/cm。具體實施方式為了使本專利技術所述的內容更加便于理解，下面結合具體實施方式對本專利技術所述的技術方案做進一步的說明，但是本專利技術不僅限于此。電導率的測試方法：電解質的交流電導采用兩端子法測定。將1300℃下燒結3小時后的所得的Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95電解質圓片兩面涂上銀漿，然后于650℃焙燒2h后制得銀電極。用銀絲將兩端的銀電極與交流阻抗儀連接。采用的交流阻抗儀為WAYNEKERR公司型號為WK6540A交流阻抗儀，應用電位10mV，測定頻率范圍0.1kHZ-1HZ，測定交流電導的溫度為700℃，在空氣氣氛中測定。電導率采用如下公式計算：式中，σ為電解質電導率，S/cm；h為電解質片厚度，單位cm；R為電解質電阻，單位Ω；S為電解質片橫截面積，單位cm2。700℃時的電導率為0.012S/cm。實施例11摩爾的Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的制備：稱取0.02摩爾的In(NO3)3·4.5H2O：0.02*381.92=7.6384克，稱取0.9摩爾Ce(NO3)3·6H2O：0.9*434.22=390.798克，稱取0.04摩爾的Gd2O3：0.04*362.5=14.5克，稱取檸檬酸：4*210.14=840.56克；將Ce(NO3)3·6H2O和檸檬酸以及In(NO3)3·4.5H2O加入蒸餾水溶解，得溶液1；用稀硝酸將Gd2O3溶解為硝酸鹽，得溶液2；將溶液1和溶液2倒入一起，滴加氨水調節pH值為7；將混合溶液放入攪拌器中加熱至45℃，在45℃下連續攪拌，并在攪拌過程中通過加氨水，使溶液的pH值保持在7，直至形成凝膠；將凝膠移入蒸發皿放在電爐上加熱，直至發生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；將粉末加熱至800℃，保溫3小時，自然冷卻，形成Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95粉末；圓片的制備：將所制成的Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95粉末放入模具中，在400MPa的壓力下，制成圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1300℃保溫3小時，得到所需要的電解質圓片。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例，凡依本專利技術申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本專利技術的涵蓋范圍。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種中溫固體氧化物燃料電池電解質，其特征在于：所述的電解質為化學式為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固體氧化物。
【技術特征摘要】
1.一種中溫固體氧化物燃料電池電解質，其特征在于：所述的電解質為化學式為Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95的固體氧化物。
2.一種制備如權利要求1所述中溫固體氧化物燃料電池電解質的方法，其特征在于：具體步驟為：
1）按Ce0.9Gd0.08In0.02O1.95化學計量比稱取Ce(NO3)3·6H2O、In(NO3)3·4.5H2O和Gd2O3，并按檸檬酸與金屬陽離子的摩爾比為2:1，稱取檸檬酸；
2）將Ce(NO3)3·6H2O，In(NO3)3·4.5H2O和檸檬酸加入蒸餾水溶解，得溶液1；
3）將Gd2O3用稀硝酸溶解，得溶液2；
4）將溶液1和溶液2混合在一起，滴加氨水，調節pH值為7；
5）將步驟4）得到的混合溶液放...
【專利技術屬性】
技術研發人員：彭開萍，陳嘉翔，劉杭，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建;35
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