CN114335642A - 一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质及制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质及制备方法。本发明通过采用氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆电解质，能够有效降低致密化烧结温度，同时能够保证较高的电导率。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池/电解池技术领域，尤其涉及一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质及制备方法与应用。
背景技术
氧化锆基电解质是目前固体氧化物燃料电池(SOFC)和电解池(SOEC)中应用最为广泛的电解质材料，其中10mol％氧化钪稳定氧化锆具有最高的离子电导率和优异的机械强度，但是钪元素成本较高，在不降低离子电导率的同时降低钪的含量是亟待解决的问题之一；氧化锆基电解质的另一个主要问题是制备过程中烧结温度较高，一般高于1500℃，过高的烧结温度容易造成晶粒的过度生长，在制备阳极支撑电池时，会导致阳极的过烧等问题，除此之外，烧结温度过高也会增加电池的制造成本。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质及制备方法与应用。用以解决现有氧化钪稳定氧化锆电解质钪含量高和烧结温度高的问题。
第一方面，本发明提出了一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质，该氧化锆基电解质包括氧化铋。
作为本发明的具体实施方式，所述该氧化锆基电解质化学式为(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x；其中，x取值为[0.01，0.3]，优选为[0.05,0.15]。
作为本发明的具体实施方式，由所述氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度复合得到。
第二方面，本发明提供了一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质的制备方法，将与氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆纳米尺度的复合。
作为本发明的具体实施方式，所述氧化铋和含6mol％氧化钪的稳定氧化锆的重量配比为(1～30):(70～99)；优选地，配比为(5～15):(85～95)。
作为本发明的具体实施方式，包括采用溶胶凝胶法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合。
作为本发明的具体实施方式，还包括采用机械混合法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合。
作为本发明的具体实施方式，采用溶胶凝胶法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合，还包括以下步骤：
S1：将氧化钪与氧化铋溶解于硝酸溶液中，加热使水份挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体恒温烧结，将烧结后的粉体球磨筛分，最终得到所述的氧化锆基电解质粉体。
作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，硝酸溶液浓度为0.5～2mol/L，加热温度为50～100℃；所述步骤S2中，烘干温度为200～300℃；所述步骤S3中，烧结温度为400～800℃，烧结时间为4～6h，球磨10-24h，筛分至200目以下。
第三方面，氧化铋助烧的氧化锆基电解质在燃料电池/电解池方面的应用。
作为本发明的具体实施方式，固体氧化物燃料电池，包括阳极、电解质和阴极，所述电解质包括氧化铋助烧的氧化锆基电解质。
本发明中的上述原料均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用具有高电导率的氧化铋助烧剂，既能够保证电解质具有合适的电导率又能够有效降低烧结温度。
2、本发明实施例中所制备的氧化锆基，不同比例氧化铋的引入均使得电解质的导电率有不同程度的升高，同时采用溶胶凝胶法相较于机械混合法，导电率整体有一定程度的提升。
3、本发明的溶胶凝胶一步合成方法相较于机械混合传统方法具有合成均匀，纳米尺度复合等优点，能够降低钪含量，有效降低致密化烧结温度，同时能够保证较高的电导率，同时合成工艺也相对简单，经济可行，是一种具有发展前景的方法。
附图说明
图1为本发明实施例5得到的氧化锆基电解质表面形貌电镜照片(5000倍)；
图2为本发明对比例2得到的电解质表面形貌电镜照片(5000倍)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明各实施例中，所用的观察测试方法为扫描电子显微镜。
本发明各实施例中，电池性能采用电化学工作站进行测试，测量频率范围为0.1Hz～1MHz。
本发明各实施例中，电导率的测试采用电化学工作站测试，具体方法采用四端点法进行测试。
本发明各实施例中，氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h。
本发明各实施例中，相对密度为实施例中制备得到的氧化锆基电解质的实际密度与理论密度的比值(去掉％)，比值越大说明致密度越高。
实施例1
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.01)的化学计量比溶解于0.5mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后获得致密光亮的条状样品，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.51S/cm；相对密度为80.1。
实施例2
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.05)的化学计量比溶解于1mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.75S/cm；相对密度为83.2。
实施例3
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.1)的化学计量比溶解于1.5mol/L的硝酸溶液中，其中的氧化钪与氧化铋按照摩尔比为90：10加入，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.95S/cm；相对密度为90.1。
实施例4
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.15)的化学计量比溶解于2mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为1.03S/cm；相对密度为92.3。
实施例5
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.2)的化学计量比溶解于0.5mol/L的硝酸溶液中，其中的氧化钪与氧化铋按照摩尔比为80：20加入，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为1.37S/cm；相对密度为96.8。
将实施例5得到的氧化锆基电解质进行扫描电镜下观察，如图1所示。
实施例6
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.25)的化学计量比溶解于1.6mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为1.25S/cm；相对密度为95.3。
实施例7
本实施例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.3)的化学计量比溶解于1.2mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为1.11S/cm；相对密度为93.2。
实施例8
本实施例提供了一种采用机械混合法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
按照实施例1的原料配比方案，不同的是，以机械球磨混合方法进行制备氧化锆基电解质。
将实施例8得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.46S/cm；相对密度为79.3。
实施例9
本对比例提供了一种采用机械混合法制备氧化铋助烧的氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
按照实施例6的原料配比方案，不同的是，以机械球磨混合方法进行制备氧化锆基电解质。
将实施例9得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为1.13S/cm；相对密度为94.1。
对比例1
本对比例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化锆基电解质的方法，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、硝酸铋、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(x＝0.5)的化学计量比溶解于1mol/L的硝酸溶液中，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.55S/cm；相对密度为90.5。
对比例2
本对比例提供了一种采用溶胶凝胶法制备氧化锆基电解质的方法，其组分不含氧化铋，具体细节如下：
S1：将硝酸氧锆、硝酸钪、柠檬酸、乙二胺四乙酸按照目标产物(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x(ScSZB,x＝0)的化学计量比溶解于1mol/L的硝酸溶液中，其中，不含氧化铋，加热到90℃搅拌使水逐渐挥发，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物放在烘箱中250℃烘干，形成前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体在500℃恒温烧结5h，将烧结后的粉体进一步球磨24h，筛分200目以下，得到氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆基电解质粉体；
S4：将步骤S3得到的氧化锆基电解质粉体压成片状，压制过程如下：称取1g电极粉体，采用油压机在14Mpa的压力下保压3min，得到条状的坯体，再900℃烧结10h后，进行电导率和相对密度测试，测得电导率为0.48S/cm；相对密度为75.5。
将对比例2得到的氧化锆基电解质进行扫描电镜下观察，如图2所示。
将实施例1～9及对比例1～2的测试数据列表对比，如表1和表2所示：
表1实施例1-9及对比例1-2得到的氧化锆基电解质电导率和相对密度的测试
从表1可以看出，实施例1和实施例6的采用溶胶凝胶法制备的氧化锆基电解质，和实施例8和实施例9采用机械混合方式制备的氧化锆基电解质进行对比，从表1和表2的数据可以看出，采用溶胶凝胶一步合成的氧化锆基电解质粉体比机械球磨混合的效果更好。
对比例1含6mol％氧化钪的稳定氧化锆和氧化铋的配比为1:1时，电导率数据不佳；对比例2为现有技术，不含氧化铋，电导率数据也不佳；与实施例1～9对比，氧化铋的含量为15-30mol％为优，氧化铋含量为20mol％时，电导率最优。
图1、图2分别为实施例5和对比例2得到的氧化锆基电解质在扫描电镜下观察的照片，其中，实施例5的氧化铋含量为20mol％，对比例不含氧化铋；图1和图2对比可以明显看出，实施例5得到的氧化锆基电解质质地均匀、致密度明显高于对比例2得到的氧化锆基电解质。
综上，本发明采用本发明的氧化铋助烧的氧化锆基电解质，通过采用氧化铋复合氧化钪稳定氧化锆电解质，能够有效降低致密化烧结温度，同时能够保证较高的电导率。
在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (11)
1.一种氧化铋助烧的氧化锆基电解质，其特征在于，该氧化锆基电解质包括氧化铋。
2.根据权利要求1所述的氧化锆基电解质，其特征在于，所述该氧化锆基电解质化学式为(Sc2O3)0.06(Bi2O3)x(ZrO2)0.94–x；
其中，x取值为[0.01，0.3]，优选为[0.05,0.15]。
3.根据权利要求1或2所述的氧化锆基电解质，其特征在于，由氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度复合得到。
4.一种权利要求1～3任一项所述的氧化铋助烧的氧化锆基电解质的制备方法，其特征在于，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆的摩尔比为(1～30):(70～99)；优选地，配比为(5～15):(85～95)。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，包括采用溶胶凝胶法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括采用机械混合法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法，将氧化铋与含6mol％氧化钪的稳定氧化锆进行纳米尺度的复合，包括以下步骤：
S1：将氧化钪与氧化铋溶解于硝酸溶液中，加热除水，得到胶状物；
S2：将S1得到的胶状物烘干，得到前驱体粉体；
S3：将步骤S2得到的前驱体粉体烧结，将烧结后的粉体球磨筛分，最终得到所述的氧化锆基电解质粉体。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，硝酸溶液浓度为0.5～2mol/L，和/或加热温度为50～100℃；和/或
所述步骤S2中，烘干温度为200～300℃；和/或
所述步骤S3中，烧结温度为400～800℃，和/或烧结时间为4～6h，和/或球磨10-24小时，和/或筛分至200目以下。
10.权利要求1-3所述的氧化铋助烧的氧化锆基电解质和/或权利要求4-9所述的制备方法制备的氧化铋助烧的氧化锆基电解质在燃料电池/电解池方面的应用。
11.固体氧化物燃料电池，包括阳极、电解质和阴极，其特征在于，所述电解质包括权利要求1-3任一项所述的氧化锆基电解质和/或权利要求4-9任一项所述的制备方法制备的氧化锆基电解质。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0769721A (ja) * | 1993-06-17 | 1995-03-14 | Toho Gas Co Ltd | スカンジア部分安定化ジルコニア高強度固体電解質材料 |
| JP2003051321A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Toho Gas Co Ltd | 低温焼結性固体電解質材料及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| US20060199057A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| KR20080010737A (ko) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | 한국에너지기술연구원 | 고체산화물 연료전지 전해질용 입방정 스칸디아 안정화지르코니아와 그 제조 방법 |
| CN101124690A (zh) * | 2005-02-17 | 2008-02-13 | 株式会社日本触媒 | 用于固态氧化物型燃料电池的电解质薄片及其制造方法、以及固态氧化物型燃料电池组 |
| CN103626492A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-12 | 江西赛瓷材料有限公司 | 用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体 |
-
2021
- 2021-12-17 CN CN202111554895.XA patent/CN114335642A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0769721A (ja) * | 1993-06-17 | 1995-03-14 | Toho Gas Co Ltd | スカンジア部分安定化ジルコニア高強度固体電解質材料 |
| JP2003051321A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Toho Gas Co Ltd | 低温焼結性固体電解質材料及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| CN101124690A (zh) * | 2005-02-17 | 2008-02-13 | 株式会社日本触媒 | 用于固态氧化物型燃料电池的电解质薄片及其制造方法、以及固态氧化物型燃料电池组 |
| US20060199057A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| KR20080010737A (ko) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | 한국에너지기술연구원 | 고체산화물 연료전지 전해질용 입방정 스칸디아 안정화지르코니아와 그 제조 방법 |
| CN103626492A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-12 | 江西赛瓷材料有限公司 | 用于固体氧化物燃料电池中的氧化钪稳定的氧化锆粉体 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 荣爽: "氧化钪稳定氧化锆固体电解质的制备", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
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