本發(fā)明屬于固體電解質(zhì)的制備領(lǐng)域，具體涉及一種雙摻雜中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著全球工業(yè)的發(fā)展及人口的迅速增長，地球上的資源將越來越短缺。美國能源信息署（eia）統(tǒng)計結(jié)構(gòu)顯示，2010年世界能源需求量已達到106億噸油當量，據(jù)預(yù)測，2025年將達到136.5億噸油當量。而傳統(tǒng)的發(fā)電方式大多是由石油、天然氣等化石能源中的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，再由熱能推動機械設(shè)備產(chǎn)生機械能，最終轉(zhuǎn)換為電能。這種能源轉(zhuǎn)換不但受到卡諾循環(huán)的限制，還會產(chǎn)生大量粉塵、二氧化碳、氮氧化物和硫化物等有害物質(zhì)及噪音；固體氧化物燃料電池具有燃料適應(yīng)性廣、能量轉(zhuǎn)換效率高、全固態(tài)、模塊化組裝、零污染等優(yōu)點，可以直接使用氫氣、一氧化碳、天然氣、液化氣、煤氣及生物質(zhì)氣等多種碳氫燃料。在大型集中供電、中型分電和小型家用熱電聯(lián)供等民用領(lǐng)域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，都有廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)sofc的工作溫度必須在800℃以上的運行溫度才有較高的輸出功率，高的運行溫度不僅對電池的連接密封具有非常高的要求，而且加速電池部件間的副反應(yīng)的發(fā)生，電池性能衰減速率增大，使電池的成本居高不下，大大限制了sofc的商業(yè)化發(fā)展。因此，要使sofc商業(yè)化發(fā)展，就要降低sofc工作溫度，開發(fā)中低溫sofc已成為必然趨勢。在sofc系統(tǒng)中，電解質(zhì)是電池的核心，電解質(zhì)的性能直接決定著sofc電池的工作溫度和性能。傳統(tǒng)的電解質(zhì)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(dǎo)率的電解質(zhì)。本發(fā)明的電解質(zhì)在中溫下的電導(dǎo)率高，可滿足中溫sofc的使用條件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了提高中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)的性能，采用硝酸鹽凝膠燃燒法

制備la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)復(fù)合電解質(zhì)，其相對致密度達到98%；在空氣氣氛下750℃時電導(dǎo)率為4.01×10^-2s/cm。

所述lgymo電池電解質(zhì)的制備方法：

1.la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)的制備：

1）按照化學(xué)計量比用分析天平準確稱量原料la2o3、moo3、gd2o3、y(no3)3·6h2o、絡(luò)合劑檸檬酸；并按金屬陽離子與檸檬酸的摩爾比為1:1.5稱取檸檬酸；

2）la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解，moo3滴加氨水溶解；

3）y(no3)3·6h2o和檸檬酸用去離子水溶解；

4）混合以上溶液并攪拌均勻，滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調(diào)節(jié)ph值為7；

5）將步驟4）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70℃，在70℃下連續(xù)攪拌，直至形成凝膠；

6）將凝膠移入蒸發(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；

7）在600℃煅燒30分鐘去有機物，然后在800℃±10℃煅燒5±0.1小時，形成lgym粉末。

2.將制成的lgymo粉末放入模具中，在300mpa的壓力下，制成圓片，將圓以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1100℃±10℃保溫5±0.1小時，得到所需要的電解質(zhì)圓片。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：

本發(fā)明制得的電解質(zhì)的使用溫度在中溫（600℃-800℃）范圍內(nèi)具有高電導(dǎo)率，其相對致密度達到98%以上；該電解質(zhì)在空氣氣氛下750℃時離子電導(dǎo)率達到4.01×10^-2s/cm，用于中溫固體氧化物燃料電池。

附圖說明

圖1la1.8gd0.1y0.1mo2o9電解質(zhì)的電導(dǎo)率與測試溫度的關(guān)系曲線。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。

實施例1

la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)制備方法

1）按照化學(xué)計量比用分析天平準確稱量原料la2o3、moo3、gd2o3、y(no3)3·6h2o、絡(luò)合劑檸檬酸[n(ca):n(金屬陽離子)=1.5:1]；

2)la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解，moo3滴加氨水溶解；

3)y(no3)3·6h2o和檸檬酸用去離子水溶解；

4)混合以上溶液并攪拌均勻，滴加氨水（氨水濃度為15%-20%）調(diào)節(jié)ph值為7。

5）將步驟4）得到混合溶液放入攪拌器中加熱至70℃，在70℃下連續(xù)攪拌，直至形成凝膠；

6）將凝膠移入蒸發(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；

7）在600℃煅燒30分鐘去有機物，然后在800℃±10℃煅燒5±0.1小時，形成lgymo粉末。

具體的：

100克la1.8gd0.1y0.1mo2o9(lgymo)的制備：

1）制備1摩爾la1.9y0.1mo2o9:

稱取1.8摩爾的la2o3：1.8*325.81=586.46克

稱取2摩爾的moo3：2*143.95=287.9克

稱取0.1摩爾的gd2o3：0.1*362.5=36.25克

稱取0.1摩爾的y(no3)3·6h2o：0.1*383.01=38.3克

稱取1.5摩爾的檸檬酸：1.5*210.14=315.21克

la2o3和gd2o3用稀硝酸溶解，moo3滴加氨水溶解，y(no3)3·6h2o和檸檬酸用去離子水溶解；混合以上溶液并攪拌均勻；放入水浴鍋中加熱至70℃，在70℃下連續(xù)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(fā)皿放在電爐上加熱，直至發(fā)生自蔓延燃燒形成蓬松的氧化物粉末；

將粉末在600℃煅燒30min去除有機物，然后在800℃煅燒5小時，形成lgymo粉末。

2）稱取100克lgymo研磨充分且均勻。

實施例2

圓片的制備：將實施例1制備成的lgymo粉末放入模具中，在300mpa的壓力下，制成直徑為13mm±0.1mm、厚度0.5mm±0.1mm的圓片，將圓片以每分鐘3℃的加熱速度加熱到1100℃±10℃保溫5±0.1小時，得到所需要的電解質(zhì)圓片。

電導(dǎo)率的測試方法：

電解質(zhì)的交流電導(dǎo)采用兩端子法測定。將1100℃下燒結(jié)5小時后的所得的la1.8gd0.1y0.1mo2o9電解質(zhì)圓片兩面涂上銀漿，然后于450℃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上海辰華儀器有限公司型號為chi660e電化學(xué)工作站，應(yīng)用電位10mv，測定頻率范圍1khz-20mhz，測定交流電導(dǎo)的溫度為750℃，在空氣氣氛中測定。電導(dǎo)率采用如下公式計算：

式中，σ為電解質(zhì)電導(dǎo)率，s/cm；

h為電解質(zhì)片厚度，單位cm；

r為電解質(zhì)電阻，單位ω；

s為電解質(zhì)片橫截面積，單位cm²。