專利名稱：一種用于中低溫固體氧化物燃料電池的復合電解質(zhì)粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中低溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)粉體的制備方法，具體來說就是制備出適合于在400-600 V工作的固體氧化物燃料電池的復合電解質(zhì)粉體。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)作為一種新型的發(fā)電技術(shù)，從上世紀80年代開始得到了快速的發(fā)展。SOFC與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)相比不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率大大提高，并且SOFC發(fā)電過程中只產(chǎn)生水，真正達到了零污染，所以SOFC在高效和環(huán)境友好方面顯示出了傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的SOFC選用的電解質(zhì)材料氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)，YSZ在800-1000°C時顯示出很高的離子電導率，并且在高溫環(huán)境下穩(wěn)定性良好。但是高溫工作環(huán)境對電池的其它關(guān)鍵材料提出很大挑戰(zhàn)，會發(fā)生許多界面反應和電極燒結(jié)退化。所以為了使SOFC具有商業(yè)化條件，必須降低工作溫度至800°C以下，這樣就可以避免電池組件之間的相互作用及電極的燒結(jié)退化，擴大電池結(jié)構(gòu)的選擇范圍，降低SOFC的制作成本和操作費用。

降低SOFC操作溫度的關(guān)鍵在于開發(fā)出新型的中溫電解質(zhì)材料，其中復合材料由于具有優(yōu)越的復合效應，顯示出很大的潛力。目前研究較多的是CeO2基復合材料，其中有SDC-碳酸鹽、SDC-BCZY兩大類。對于這兩種復合材料，目前比較常用的制備方法是固相合成法，即分別合成出兩種粉體后，然后再將兩種粉體研磨進行復合。但是這種方法研磨不夠充分，合成出的復合粉體兩相復合的均勻性較差，分散性不夠好。并且由于要分別制得兩種粉體，也增加了實驗的操作的復雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種復合電解質(zhì)粉體的制備方法，該方法制備的復合粉體兩相混合均勻、分散性好，可用于中低溫固體氧化物燃料電池。所述復合電解質(zhì)粉體的制備方法主要包括如下步驟I)將硝酸釤，硝酸鈰和氨水進行混合，得到沉淀物；2)將步驟I)的沉淀物放入水熱釜中處理，得到粉體；3)用洗滌溶劑沖洗步驟2)的粉體后干燥，得到SDC粉體；4)配制硝酸鹽溶液和尿素的復合液；5)將步驟3)的SDC粉體加入步驟4)的復合液中攪拌，得到懸浮液；6)將步驟5)的懸浮液加熱，得到糊狀物；7)將步驟6)的糊狀物煅燒，得到復合電解質(zhì)粉體。優(yōu)選地，步驟I)按化學計量比配制硝酸釤和硝酸鈰的混合溶液，邊攪拌邊滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值為10，直到不再產(chǎn)生沉淀為止。優(yōu)選地，步驟2)將沉淀物用去離子水沖洗2-3遍，之后放入水熱釜中，在250°C水熱處理IOh。優(yōu)選地，步驟3)用洗滌溶劑沖洗水熱處理后的粉體3遍，將粉體在350°C干燥一晝夜除去殘存的洗滌溶劑，得到SDC粉體。所述的洗滌溶劑優(yōu)選為正丁醇。優(yōu)選地，步驟4)中按金屬離子與尿素的摩爾比1:20向混合溶液中加入尿素充分攪拌至沉淀劑完全溶解，得到復合液。優(yōu)選地，步驟6)中懸浮液置于油浴中加熱，加熱溫度恒定為85°C。優(yōu)選地，步驟7)中糊狀物在馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為800-1000°C，煅燒時間為 6-8h。為克服傳統(tǒng)固相法的缺點，本發(fā)明主要分為兩大步進行第一步采用水熱法合成出SDC粉體，水熱法合成的粉體粒徑較小，且顆粒為球形，有利于與復合相進行復合。第二步是關(guān)鍵，與傳統(tǒng)固相法不同的是這里SDC并不是與復合相直接固-固混合，而是在溶液環(huán)境下將第二相生成和兩相復合的兩個過程同時進行。在第二相沉淀的過程中，SDC粉體可以作為第二相的沉淀核心，進而能達到均勻復合的效果，進而可以提高復合物的燒結(jié)性能，降低復合電解質(zhì)的燒結(jié)溫度 。


圖1為SDC粉體SEM圖。圖2為900 V和1000 V煅燒后的XRD圖。圖3為復合粉體的SEM圖。圖4為1200°C燒結(jié)的表面SEM圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明所述方法做進一步說明。實施例1 = SDC-BaCeci 7Zrci lYci 2O3復合電解質(zhì)粉體的合成SDC粉體合成按lmol/L的濃度配制Ce (NO3) 3和Sm(NO3) 3溶液，之后用灼燒稱重法準確標定出溶液的精準濃度，按化學計量比計算出合成一定質(zhì)量的SDC所需的原材料Ce (NO3) 3 6H20和Sm(NO3) 3 6H20的試劑量，進而可以計算出所需的Ce (NO3) 3和Sm(NO3) 3溶液的體積。按計算得到的體積分別向燒杯中稱取兩種溶液，加入去離子水使總的金屬離子濃度為0.5mol/L，放在磁力攪拌器上攪拌約lh。取一個滴定漏斗，裝入氨水，調(diào)整旋鈕，使氨水逐滴滴入到混合溶液中，可以看到有白色沉淀產(chǎn)生，這時測試溶液的PH值，使PH值穩(wěn)定在10，直到不再產(chǎn)生沉淀為止。將溶液抽濾后得到的沉淀用去離子水洗3遍，之后將沉淀物放入水熱釜中，擰緊水熱釜上的螺母，然后放在電熱鼓風箱中在250°C處理10h，待水熱釜冷卻到室溫后打開水熱釜，這時里面的白色物質(zhì)變成了淡黃色。從水熱釜中取出淡黃色的物質(zhì)，先用乙醇洗3遍，然后再用正丁醇沖洗3遍，隨后將粉體放在真空干燥箱中干燥一晝夜，之后再將粉體放入到馬弗爐中在350°C煅燒4h以便于除去粉體中殘存的正丁醇，這樣就得到了直徑為幾十納米，球形的SDC粉體，其SEM圖如附圖1所示。兩相復合首先根據(jù)SDC與BCZY質(zhì)量比7:3計算出所需的BCZY的質(zhì)量，進而可以得出所需的 Ba (NO3)2, Ce (NO3) 3 6H20, Zr (NO3) 4 6H20, Y (NO3) 3 6H20 的物質(zhì)量。按上面步驟分別配置一定濃度的Zr (NO3) 4和Y (NO3) 3溶液，使用灼燒稱重法標定出其準確的濃度。根據(jù)所需的Ce (NO3)3 6H20, Zr(NO3)4 6H20, Y (NO3)3 6H20的量計算出所需的三種溶液的體積，用量筒量取三種溶液到燒杯中，加入去離子水，使金屬離子濃度為0. 2mol/L，再將稱量好的Ba(NO3)2加入到混合溶液中，充分攪拌直到完全溶解。然后按總金屬離子物質(zhì)量的20倍稱取定量的尿素，邊攪拌邊加入到溶液中，最后完全溶解，這樣就配置成了復合液。將上面合成的一定量的SDC粉體緩慢的加入到溶液中，這時加大磁力攪拌器的攪拌力度，盡量使SDC粉末懸浮在溶液中，使溶液變成了白色的懸浮液，將裝懸浮液的燒杯放入到油浴鍋中，使溫度穩(wěn)定在85°C，一直加熱到溶液變成糊狀。將糊狀物轉(zhuǎn)移到剛玉坩堝中，放入馬弗爐中分別在900°C和1000°C煅燒4h，煅 燒后的粉體就是SDC-BCZY復合粉體。
權(quán)利要求
1.一種用于中低溫固體氧化物燃料電池的復合電解質(zhì)粉體的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)將硝酸釤，硝酸鈰和氨水進行混合，得到沉淀物；2)將步驟I)的沉淀物放入水熱釜中處理，得到粉體；3)用洗滌溶劑沖洗步驟2)的粉體后干燥，得到SDC粉體；4)配制硝酸鹽溶液和尿素的復合液；5)將步驟3)的SDC粉體加入步驟4)的復合液中攪拌，得到懸浮液；6)將步驟5)的懸浮液加熱，得到糊狀物；7)將步驟6)的糊狀物煅燒，得到復合電解質(zhì)粉體。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟I)按化學計量比配制硝酸釤和硝酸鈰的混合溶液，邊攪拌邊滴加氨水，調(diào)節(jié)PH值為10，直到不再產(chǎn)生沉淀為止。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟2)將沉淀物用去離子水沖洗2-3遍，之后放入水熱釜中，在250°C水熱處理10h。
4.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3)用洗滌溶劑沖洗水熱處理后的粉體3遍，將粉體在350°C干燥一晝夜除去殘存的洗滌溶劑，得到SDC粉體。
5.按照權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述洗滌溶劑為正丁醇。
6.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟4)中按金屬離子與尿素的摩爾比1:20向混合溶液中加入尿素充分攪拌至沉淀劑完全溶解，得到復合液。
7.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟6)中懸浮液置于油浴中加熱，加熱溫度恒定為85°C。
8.按照權(quán)利要求1煅燒溫度為800-1000°C所述的制備方法，其特征在于，煅燒時間為6-8h。步驟7)中糊狀物在馬弗爐中煅燒，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于中低溫固體氧化物燃料電池的復合電解質(zhì)粉體的制備方法。該方法的特點是先使用水熱法在高溫高壓條件下制備出球形的SDC納米粉體，之后將SDC粉體加入到配制好的金屬硝酸鹽混合溶液中，加入尿素作為均相沉淀劑，在85℃油浴處理，直到溶液蒸干變?yōu)楹隣?，將糊狀物?00-1000℃煅燒，生產(chǎn)出SDC基復合電解質(zhì)粉體。
文檔編號H01M8/10GK103035936SQ20121058063
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者黑遠飛, 王誠, 謝富丞, 郭建偉 申請人:清華大學