一种陶瓷燃料电池及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷燃料电池，具体涉及一种陶瓷燃料电池及其制备方法。

背景技术：

1、固体氧化物燃料电池是一种通过电化学反应将储存在清洁燃料、氧化剂中的化学能高效转换为电能的全固态化学发电装置，发展固体氧化物燃料电池方向是减缓人们对化石能源的依赖、满足日益增长的电力需求的重要策略。工作温度是固体氧化物燃料电池实际应用及商业化发展的关键问题，低的工作温度不仅可以节约能源、降低制造成本，而且可以加快电池启动速度、提高电池热循环稳定性、避免电池组分之间相反应等。其中质子陶瓷燃料电池主要载流子为质子，因其传导活化能以及尺寸小于氧离子，在中低温下（400~700℃）电能输出普遍高于传统氧离子导体固体氧化物燃料电池，因此质子陶瓷燃料电池被认为是当下最具发展潜力的固体氧化物燃料电池。

2、质子陶瓷燃料电池由于采用钙钛矿结构的质子传导型电解质材料，相较于8mol%y2o3稳定的zro2（ysz）或gd2o3掺杂的ceo2（gdc）在中低温下（450℃~600℃）具有更高的电导率和更高的功率密度输出，因此成为能源与化工领域的研究热点。其中bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ是一种十分具有应用前景的质子陶瓷燃料电池电解质材料，在中低温下（400~700℃）具有足够的化学稳定性和优异的离子导电性。然而，bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ烧结活性低的问题阻碍了其在质子陶瓷燃料电池中的进一步应用。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种陶瓷燃料电池及其制备方法，通过在制备电解质材料bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ过程中采用机械球磨混合工艺引入lino3和zno，提高了电解质材料的烧结性能和电导率，另外阳极材料中添加有淀粉和碳纤维作为造孔剂，提升了电池的电化学性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种陶瓷燃料电池，包括阳极、电解质和阴极，所述电解质材料为bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ，所述电解质材料采用机械球磨混合工艺引入lino3和zno制备而成，所述lino3的质量分数为5~10%，所述zno的质量分数为1~3%。

4、优选地，所述阳极材料包括nio、电解质材料和造孔剂，所述造孔剂为淀粉和碳纤维混合制成，所述淀粉和碳纤维的质量比为1.4~1.7：1。

5、优选地，所述阴极材料为prba0.5sr0.5co1.5fe0.5o5+δ。

6、优选地，所述电解质材料的制备方法包括以下步骤：

7、（1）按化学计量比称取baco3、zro2、ceo2、y2o3和yb2o3；

8、（2）将称量后的粉末放入研钵，以乙醇作为研磨介质进行研磨，研磨完成后进行烘干并压片，然后在1100~1300℃下煅烧8~10h，粉碎研磨后得到前驱体粉末；

9、（3）在前驱体粉末中加入zno，以乙醇作为研磨介质进行研磨，然后加入lino3继续研磨，混合粉体经造粒、干燥、过筛后得到电解质材料。

10、优选地，所述研磨转速为350~500r/min，所述研磨时间为5~12h。

11、如上所述的陶瓷燃料电池的制备方法，包括以下步骤：

12、s1、制备阳极基底：将nio与电解质材料、造孔剂在5%pva水溶液中进行混合，然后以450~500r/min球磨1~3h，然后烘干、研磨、造粒、过筛、压片，随后在 900~1050℃下素烧 2~3 h，得到阳极基底；

13、s2、制备电解质浸渍浆料：取电解质材料，加入分散剂三乙醇胺、粘结剂聚乙烯吡咯烷酮以及无水乙醇，以400~500r/min球磨24~36h，得到电解质浸渍浆料；

14、s3、制备阴极浆料：取prba0.5sr0.5co1.5fe0.5o5+δ（pbscf）、松油醇、乙基纤维素放入研钵，持续研磨1~2h得到阴极浆料；

15、s4、吸取电解质浸渍浆料滴涂在阳极基底表面，用手旋转去除多余的浆料，然后烘干，用电解质材料覆盖埋烧，烧结温度为1400~1550℃，保温8~12h，得到半电池；

16、s5、在半电池侧的电解质上刷涂所得阴极浆料，然后置于950~1100℃下烧结2~4h，得到陶瓷燃料电池。

17、优选地，所述步骤s1中nio、电解质材料和造孔剂的质量比为6~10：4~7：0.5~5。

18、优选地，所述步骤s2中电解质材料、三乙醇胺和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10：0.3~0.5：0.2~0.7。

19、优选地，所述步骤s3中pbscf、松油醇和乙基纤维素的质量比为10：5~7：0.3~0.6。

20、本发明的有益效果：

21、本发明通过在制备电解质材料bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ过程中采用机械球磨混合工艺引入lino3和zno，以无机盐lino3和zno作为烧结助剂，提高了电解质材料的烧结性能和电导率，添加zno和lino3可提高电解质致密化程度，且不改变bzcyyb的晶型及物相，同时电解质材料的电导率得到提升，另外在阳极材料中添加淀粉和碳纤维作为造孔剂，可溶性淀粉可以产生不规则的球型孔隙，所产生孔隙的比表面积较大，孔隙较疏松，碳纤维可以产生直线型孔隙，形成平直的气体通道，将淀粉所形成的不规则球型孔隙与碳纤维所形成的直线型孔隙相结合，连通性较好，电池的孔隙率提升，同时降低了阳极的气体扩散阻力，提升电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种陶瓷燃料电池，其特征在于，包括阳极、电解质和阴极，所述电解质材料为bazr0.1ce0.7y0.1yb0.1o3−δ，所述电解质材料采用机械球磨混合工艺引入lino3和zno制备而成，所述lino3的质量分数为5~10%，所述zno的质量分数为1~3%。

2.根据权利要求1所述的陶瓷燃料电池，其特征在于，所述阳极材料包括nio、电解质材料和造孔剂，所述造孔剂为淀粉和碳纤维混合制成，所述淀粉和碳纤维的质量比为1.4~1.7：1。

3.根据权利要求1所述的陶瓷燃料电池，其特征在于，所述阴极材料为prba0.5sr0.5co1.5fe0.5o5+δ。

4.根据权利要求1所述的陶瓷燃料电池，其特征在于，所述电解质材料的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的陶瓷燃料电池，其特征在于，所述研磨转速为350~500r/min，所述研磨时间为5~12h。

6.一种如权利要求1-5任一所述的陶瓷燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的陶瓷燃料电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中nio、电解质材料和造孔剂的质量比为6~10：4~7：0.5~5。

8.根据权利要求6所述的陶瓷燃料电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中电解质材料、三乙醇胺和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为10：0.3~0.5：0.2~0.7。

9.根据权利要求6所述的陶瓷燃料电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中pbscf、松油醇和乙基纤维素的质量比为10：5~7：0.3~0.6。

技术总结本发明涉及陶瓷燃料电池领域，公开了一种陶瓷燃料电池，包括阳极、电解质和阴极，所述电解质材料为BaZr<subgt;0.1</subgt;Ce<subgt;0.7</subgt;Y<subgt;0.1</subgt;Yb<subgt;0.1</subgt;O<subgt;3−δ</subgt;，所述电解质材料采用机械球磨混合工艺引入LiNO<subgt;3</subgt;和ZnO制备而成，所述LiNO<subgt;3</subgt;的质量分数为5~10%，所述ZnO的质量分数为1~3%，本发明通过在制备电解质材料BaZr<subgt;0.1</subgt;Ce<subgt;0.7</subgt;Y<subgt;0.1</subgt;Yb<subgt;0.1</subgt;O<subgt;3−δ</subgt;过程中采用机械球磨混合工艺引入LiNO<subgt;3</subgt;和ZnO，提高了电解质材料的烧结性能和电导率，另外阳极材料中添加有淀粉和碳纤维作为造孔剂，提升了电池的电化学性能。技术研发人员：王永明受保护的技术使用者：上海永铭电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2