CN109755617A - 一种BaCeO3基电解质片及其制备方法和应用 - Google Patents

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林剑春
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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种BaCeO3基电解质片及其制备方法和应用。该BaCeO3基电解质片的分子式为Ba0.6Sr0.4Ce1‑xBi0.1SmxO3，x＝0～0.2；是将钡盐和Ce(NO3)3·6H2O溶解形成A溶液，将SrCO3、Bi2O3和Sm2O3用浓硝酸溶解B溶液，将A和B混合得到混合溶液；然后将乙二胺四乙酸和一水合柠檬酸加入到混合溶液中，搅拌加入氨水调节pH值至7～8，在75～90℃加热后燃烧所得胶体，得到初级陶瓷粉末，升温至800～1000℃煅烧后将粉体压成坯体，升温至850～1350℃煅烧制得。该电解质片能有效提高材料在固体氧化物燃料电池中的化学稳定性和电导率。

Description

一种BaCeO3基电解质片及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于燃料电池料技术领域，更具体地，涉及一种BaCeO3基电解质片及其制备方法和应用。
背景技术
金属氧化物因其丰富多样的性能组成了各种材料，由于18世纪的工业革命，不同种类的化石燃料提供了可靠的能源，但是，随着环境问题以及能源资源短缺问题的出现，人们开始寻找可再生的清洁能源。通过前人的实践，发现固体氧化物燃料电池(SOFC)相比于液态电解质燃料电池(例如磷酸或碱性燃料电池)具有非常好的性能，在大多数情况下SOFC需在高温条件下运行，例如T>600℃，这不仅需要额外的能量来提供这样的温度，而且也要考虑材料本身的稳定性和可行性。聚合物电解质燃料电池(PEFC)可在低温下(T<100℃)操作，但是全氟磺酸(全氟甲基环戊烷酸性硫酸基聚合物)用作电解质材料时，需要价格昂贵的铂金作为催化剂。因此，人们开始探究在中温下(200℃-600℃)运行的燃料电池。在大多数情况下，质子型导体在中温下的导电性能会优于氧离子型，但是，根据Norby的研究数据表明，在中低温下没有材料显示出较高的质子导电性能，从技术上来看，解决这个问题具有重大意义。这些问题促使人们开始研究钙钛矿结构的氧化物作为在中温下的质子导体，因此，改善材料的性能以及预测具有高质子导电率的新材料有利于这个问题的解决。
导质子型固体氧化物燃料电池被用作固体氧化物燃料电池(IT-SOFCS)，其在碳氢燃料经济中扮演着重要的角色，这种材料通常在400～700℃的温度下工作。燃料电池的主要部分又阳极、阴极和电解质，其中最重要的就是电解质，质子导电的固体氧化物燃料电池成为质子型固体氧化物燃料电池(P-SOFCS)，电解质材料结构通常为钙钛矿型，目前，研究最广泛的两种电解质材料是由Iwahara团队发现的BaCeO3和SrCeO3，常用一些稀土元素替代三价为的Ce元素以提高纯铈酸盐和锆酸盐的导电率，据研究，KTaO3型氧化物，SrCeO3和Y2O3陶瓷材料在高温下能产生质子导电，但是导电率不高。后面研究发现BaCeO3和SrCeO3的性能与锆酸盐(如BaZrO3，CaZrO3)相似，在条件相当的情况下，铈酸盐的导电率高于锆酸盐。
钙钛矿结构的铈酸盐在所有陶瓷材料中显示出最好的导电性能，但就其稳定性而言，锆酸盐的化学稳定性以及机械拉伸高于铈酸盐，这是因为锆的氧化物很难和酸性气体反应，在800℃的二氧化碳气氛下能保持稳定，而铈的氧化物则相反。目前，很多科研工作者致力于掺杂BaCeO3和BaZrO3以寻找适合用于中温条件下的固体氧化物燃料电池的电解质，BaCeO3和BaZrO3在600～700℃时的离子导电率介于10-2到10-1S·cm-1之间，而8％掺杂Y元素的YSZ需在800℃到1000℃的条件下才能达到。
虽然BaCeO3和BaZrO3都是很好的质子导体，但同时它们的陶瓷材料也有一些缺陷。通过进一步研究发现质子或离子导电率不是衡量其在SOFCS电解质材料的实用性的唯一标准，正如之前所提到的，BaCeO3的导电率虽然高于BaZrO3，但在CO2和H2O的气氛下容易生成碳化物和氢氧化物以及其他酸性化合物等杂质相，或产生结构不稳定的化合物。至于BaZrO3虽然导电率较低，但其具有较高的化学稳定性，很难和酸性化合物发生反应，保持其稳定的立方结构。所以，目前科研工作者主要致力于寻找能用于IT-SOFC中具有高导电率和高稳定性的电解质材料。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种BaCeO3基电解质片。
本发明另一目的在于提供了上述BaCeO3基电解质片的制备方法。
本发明再一目的在于提供了上述BaCeO3基电解质片的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种BaCeO3基电解质片，所述BaCeO3基电解质片的分子式为Ba0.6Sr0.4Ce1- xBi0.1SmxO3，x＝0～0.2；是将钡盐和Ce(NO3)3·6H2O用去离子水溶解形成A溶液，将SrCO3、Bi2O3和Sm2O3用浓硝酸溶解形B溶液，将A溶液和B溶液混合，得到混合溶液；然后将乙二胺四乙酸和一水合柠檬酸加入到混合溶液中，加入氨水调节pH值至7～8，再在75～90℃加热搅拌，然后燃烧所得胶体得到初级陶瓷粉末，将其升温至800～1000℃煅烧后所得粉体压成坯体，升温至850～1350℃煅烧制得。
优选地，所述钡盐为C4H6O4Ba、碳酸钡或硝酸钡；所述钡盐和Ce(NO3)3·6H2O的摩尔比为3：(4～5)；所述钡盐和Ce(NO3)3·6H2O的总摩尔与去离子水的摩尔比为(1～3)：(100～500)；所述SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中的金属离子的总摩尔与浓硝酸的摩尔比为5：(7～11)；所述A溶液和B溶液的体积比为(2～4)：1。
优选地，所述钡盐、Ce(NO3)3·6H2O、SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中金属阳离子的总量：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸的摩尔比为(2～4)：(2～5)：(3～6)。
优选地，所述加热的时间为5～8h；所述煅烧的时间为4～6h，所述搅拌的时间为5～8h；所述升温的速率为3～5℃/min。
所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，包括以下具体步骤：
S1.将钡盐和Ce(NO3)3·6H2O用去离子水溶解形成A溶液，将SrCO3、Bi2O3和Sm2O3用浓硝酸溶解形B溶液，将A溶液和B溶液混合，得到混合溶液；
S2.将乙二胺四乙酸和一水合柠檬酸加入到步骤S1中的混合溶液中，搅拌均匀后加入氨水调节pH值至7～8，然后在75～90℃加热后，得到粘稠状胶体；将该胶体置于电炉上使其燃烧，直到出现黄白色粉末为止，即得到初级陶瓷粉末；
S3.将初级陶瓷粉末升温至800～1000℃煅烧并保温，得到电解质粉末；
S4.将电解质粉末用压力压成坯体，升温至850～1350℃煅烧并保温，制得BaCeO3基电解质片。
优选地，步骤S1中所述钡盐、Ce(NO3)3·6H2O、SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中金属阳离子的总量：步骤S2中所述乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸的摩尔比为(1～2)：(1～2.5)：(1.5～3)。
优选地，步骤S2中所述加热的时间为5～8h。
优选地，步骤S3中所述保温的时间为4～6h，所述升温的速率为3～5℃/min；骤S4中所述保温的时间为4～5h，所述升温的速度为3～5℃/min。
优选地，步骤S4中所述压力为150～250MPa。
所述的BaCeO3基电解质片在燃料电池中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的BaCeO3基电解质片能有效的提高材料在固体氧化物燃料电池中的化学稳定性和电导率。
2.本发明利用柠檬酸燃烧法在BaCeO3的A位掺杂Sr，同时在B位共掺杂Bi和Sm，显著提高了BaCeO3基电解质片在H2O和CO2中的稳定性以及在氢气气氛下的导电率。
3.本发明的方法步骤简单，样品制作成功率高。
附图说明
图1为实施例6-10中Ba0.6Sr0.4Ce0.9-xBi0.1SmxO3(x＝0，0.05，0.1，0.15，0.2)经沸水处理3h后XRD图。
图2为实施例6-10中Ba0.6Sr0.4Ce0.9-xBi0.1SmxO3(x＝0，0.05，0.1，0.15，0.2)在100％CO2气氛中600℃下保温处理3h后XRD图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.采用柠檬酸燃烧法，按Ba0.6Sr0.4Ce0.9Bi0.1O3的化学计量比。将C4H6O4Ba(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Ce(NO3)3·6H2O(99.9％)、Bi2O3(99.9％)为原料按照化学计量比进行称量。称量的C4H6O4Ba和Ce(NO3)3·6H2O用适量的去离子水溶解以形成A液，称量的SrCO3和Bi2O3用浓硝酸溶解形成硝酸盐溶液，记作B液，待完全溶解后，将A液缓慢的加入到B液，得混合溶液。
2.按照C4H6O4Ba、SrCO3、Ce(NO3)3·6H2O、Bi2O3、Sm2O3这几种化合物中的金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+)的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸的摩尔比为1：1：1.5加入到步骤1的混合溶液中，搅拌均匀后加入氨水调节pH值至8之间，混合溶液由浑浊的乳浊液体逐渐形成澄清的淡黄色液体，然后将烧杯放到恒温磁力搅拌器上加热搅拌直到形成粘稠状黄色的胶体，加热温度为75℃，5h后将胶体倒入蒸发皿，并且将蒸发皿放置于电炉上加热，胶体逐渐由黄色变成黑色，再继续加热变成黑色干凝胶最后变成淡黄色初级陶瓷粉末；
3.将该陶瓷粉末放置于马弗炉中1000℃煅烧并保温5小时，升温速度为5℃/min，得到紫色电解质粉末。
4.制备好的电解质粉末用200MPa压力干压成直径约为15mm，厚度约为1mm的圆形坯体，将圆形坯体置于马弗炉中以3℃/min升温至1250℃煅烧并保温5小时，得到BaCeO3基电解质片。
实施例2
与实施例1中不同之处在于：步骤1中是按Ba0.6Sr0.4Ce0.85Bi0.1Sm0.05O3的化学计量比。将C4H6O4Ba(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Ce(NO3)3·6H2O(99.9％)、Bi2O3(99.9％)、Sm2O3为原料按照化学计量比进行称量；称量的C4H6O4Ba和Ce(NO3)3·6H2O用适量的去离子水溶解以形成A液，称量的SrCO3和Bi2O3、Sm2O3用浓硝酸溶解形成硝酸盐溶液，记作B液；步骤2中所述C4H6O4Ba、SrCO3、Ce(NO3)3·6H2O、Bi2O3、Sm2O3这几种化合物中的金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸摩尔比为2：2.5：3的量；加热温度为90℃，加热时间8h；pH值为7；步骤3中煅烧的温度为800℃并保温8小时；步骤S4中煅烧的温度为1350℃，制得BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.85Bi0.1Sm0.05O3)电解质片。
实施例3
与实施例2中不同之处在于：步骤1中是按Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3的化学计量比。将C4H6O4Ba(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Ce(NO3)3·6H2O(99.9％)、Bi2O3(99.9％)、Sm2O3为原料按照化学计量比进行称量；步骤2中所述C4H6O4Ba、SrCO3、Ce(NO3)3·6H2O、Bi2O3、Sm2O3这几种化合物中的金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸摩尔比为1：2.5：3的量；制得BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3)电解质片。
实施例4
与实施例2中不同之处在于：步骤1中是按Ba0.6Sr0.4Ce0.75Bi0.1Sm0.15O3的化学计量比。将C4H6O4Ba(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Ce(NO3)3·6H2O(99.9％)、Bi2O3(99.9％)、Sm2O3为原料按照化学计量比进行称量；步骤2中所述C4H6O4Ba、SrCO3、Ce(NO3)3·6H2O、Bi2O3、Sm2O3这几种化合物中的金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸摩尔比为1：2.5：3的量；制得BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.75Bi0.1Sm0.15O3)电解质片。
实施例5
与实施例2中不同之处在于：步骤1中是按Ba0.6Sr0.4Ce0.7Bi0.1Sm0.2O3的化学计量比。将C4H6O4Ba(99.9％)、SrCO3(99.9％)、Ce(NO3)3·6H2O(99.9％)、Bi2O3(99.9％)、Sm2O3为原料按照化学计量比进行称量；步骤2中所述C4H6O4Ba、SrCO3、Ce(NO3)3·6H2O、Bi2O3、Sm2O3这几种化合物中的金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸摩尔比为1：2.5：3的量；制得BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.7Bi0.1Sm0.2O3)电解质片。
实施例6
1.采用溶胶凝胶法按Ba0.6Sr0.4Ce0.9Bi0.1O3的化学计量比，称量Ba(NO3)2、SrCO3、Ce(NO3)36H2O和Bi2O3，将称量的SrCO3、Bi2O3溶解于浓硝酸形成硝酸盐溶液，Ba(NO3)2完全，记作A液，将Ce(NO3)36H2O和Ba(NO3)2及溶于去离子水，记作B液，将B液缓慢地加入到A液中，得到混合溶液；
2.金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+)的摩尔数之和：柠檬酸：乙二胺四乙酸的摩尔比为1：1.5：1，加入氨水调节溶液的pH值，随着氨水的不断加入，澄清的溶液逐渐变为乳胶液，继续加入氨水，使溶液pH值在7-8之间，呈现完全澄清的溶液。将澄清溶液置于磁力搅拌器加热，待溶液比较黏稠时转移至电炉上继续加热至溶液沸腾形成黑色胶体；将黑色胶体转移至电热鼓风干燥箱中180℃热处理10小时，形成干凝胶；
3.将干凝胶置于马弗炉中缓慢升温(1℃/min)至300℃保温4小时，确保有机物充分缓慢燃烧，提高粉体的回收率，得到初级陶瓷粉体。
4.将初级陶瓷粉体置于马弗炉中1000℃煅烧10h，实现硝酸盐的分解和碳化物的除杂，得到电解质粉末Ba0.6Sr0.4Ce0.9Bi0.1O3。
5.利用不锈钢磨具将电解质粉末压制成直径13mm，厚度约为0.8-1mm的电解质生坯置于高温马弗炉中1250℃煅烧10小时，得到致密的BaCeO3基电解质片。
实施例7
1.采用溶胶凝胶法按Ba0.6Sr0.4Ce0.85Bi0.1Sm0.05O3的化学计量比，称量BaCO3、SrCO3、Ce(NO3)36H2O、Bi2O3以及Sm2O3；BaCO3完全溶于去离子水，记作A液，将称量的SrCO3、Bi2O3、Sm2O3溶解于浓硝酸形成硝酸盐溶液，将Ce(NO3)36H2O以及硝酸盐溶液均匀混合，记作B液，将B液缓慢地加入到A液中；
2.金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的摩尔数之和：柠檬酸：乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1.5:1，加入氨水调节溶液的pH值，随着氨水的不断加入，澄清的溶液逐渐变为乳胶液，继续加入氨水，使溶液pH值在7-8之间，呈现完全澄清的溶液。将澄清溶液置于磁力搅拌器加热，待溶液比较黏稠时转移至电炉上继续加热至溶液形成黑色胶体；将黑色胶体转移至电热鼓风干燥箱中180℃热处理10小时，形成干凝胶；
3.将干凝胶置于马弗炉中缓慢升温(1℃/min)至300℃保温4小时，确保有机物充分缓慢燃烧，提高粉体的回收率，得到陶瓷粉体。
4.将陶瓷粉体置于马弗炉中1000℃煅烧10h，实现硝酸盐的分解和碳化物的除杂，得到电解质粉末Ba0.6Sr0.4Ce0.85Bi0.1Sm0.05O3。
5.利用不锈钢磨具将电解质粉末压制成直径13mm，厚度约为0.8-1mm的电解质生坯置于高温马弗炉中1250℃煅烧10小时，得到致密的BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.85Bi0.1Sm0.05O3)电解质片。
实施例8
1.溶胶凝胶法按Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3的化学计量比，称量BaCO3、SrCO3、Ce(NO3)36H2O、Bi2O3以及Sm2O3，BaCO3完全溶于去离子水，记作A液，将称量的SrCO3、Bi2O3、Sm2O3溶解于浓硝酸形成硝酸盐溶液，将Ce(NO3)36H2O以及硝酸盐溶液均匀混合，记作B液，将B液缓慢地加入到A液中；
2.金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的摩尔数之和：柠檬酸：乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1.5:1，加入氨水调节溶液的pH值，随着氨水的不断加入，澄清的溶液逐渐变为乳胶液，继续加入氨水，使溶液pH值在7-8之间，呈现完全澄清的溶液。将澄清溶液置于磁力搅拌器加热，待溶液比较黏稠时转移至电炉上继续加热至溶液沸腾形成黑色胶体；将黑色胶体转移至电热鼓风干燥箱中180℃热处理10小时，形成干凝胶；
3.将干凝胶置于马弗炉中缓慢升温(1℃/min)至300℃保温4小时，确保有机物充分缓慢燃烧，提高粉体的回收率，得到初级陶瓷粉体。
4.将初级陶瓷粉体置于马弗炉中1000℃煅烧10h，实现硝酸盐的分解和碳化物的除杂，得到电解质粉末Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3。
5.利用不锈钢磨具将电解质粉末压制成直径13mm，厚度约为0.8-1mm的电解质生坯置于高温马弗炉中1250℃煅烧10小时得到致密的BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.8Bi0.1Sm0.1O3)电解质片。
实施例9
1.溶胶凝胶法按Ba0.6Sr0.4Ce0.75Bi0.1Sm0.15O3的化学计量比，称量BaCO3、SrCO3、Ce(NO3)36H2O、Bi2O3以及Sm2O3，BaCO3完全溶于去离子水，记作A液，将称量的SrCO3、Bi2O3、Sm2O3溶解于浓硝酸形成硝酸盐溶液，将Ce(NO3)36H2O以及硝酸盐溶液均匀混合，记作B液，将B液缓慢地加入到A液中；
2.金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的摩尔数之和：柠檬酸：乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1.5:1，加入氨水调节溶液的pH值，随着氨水的不断加入，澄清的溶液逐渐变为乳胶液，继续加入氨水，使溶液pH值在7-8之间，呈现完全澄清的溶液。将澄清溶液置于磁力搅拌器加热，待溶液比较黏稠时转移至电炉上继续加热至溶液沸腾形成黑色胶体；将黑色胶体转移至电热鼓风干燥箱中180℃热处理10小时，形成干凝胶将干凝胶置于马弗炉中缓慢升温(1℃/min)至300℃保温4小时，确保有机物充分缓慢燃烧，提高粉体的回收率，得到初级陶瓷粉体。
3.将初级陶瓷粉体置于马弗炉中1000℃煅烧10h，实现硝酸盐的分解和碳化物的除杂，得到电解质粉末Ba0.6Sr0.4Ce0.75Bi0.1Sm0.15O3。
4.利用不锈钢磨具将电解质粉末压制成直径13mm，厚度约为0.8-1mm的电解质生坯置于高温马弗炉中1250℃煅烧10小时得到致密的BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.75Bi0.1Sm0.15O3)电解质片。
实施例10
1.采用溶胶凝胶法按Ba0.6Sr0.4Ce0.7Bi0.1Sm0.2O3的化学计量比，称量BaCO3、SrCO3、Ce(NO3)36H2O、Bi2O3以及Sm2O3，BaCO3完全溶于去离子水，记作A液，将称量的SrCO3、Bi2O3、Sm2O3溶解于浓硝酸形成硝酸盐溶液，将Ce(NO3)36H2O以及硝酸盐溶液均匀混合，记作B液，将B液缓慢地加入到A液中；
2.金属阳离子(即Ba2+、Sr2+、Ce3+、Bi3+和Sm3+)的摩尔数之和：柠檬酸：乙二胺四乙酸的摩尔比为1:1.5:1，加入氨水调节溶液的pH值，随着氨水的不断加入，澄清的溶液逐渐变为乳胶液，继续加入氨水，使溶液pH值在7-8之间，呈现完全澄清的溶液。将澄清溶液置于磁力搅拌器加热，待溶液比较黏稠时转移至电炉上继续加热至溶液沸腾形成黑色胶体；将黑色胶体转移至电热鼓风干燥箱中180℃热处理10小时，形成干凝胶将干凝胶置于马弗炉中缓慢升温(1℃/min)至300℃保温4小时，确保有机物充分缓慢燃烧，提高粉体的回收率，得到初级陶瓷粉体。
3.将初级陶瓷粉体置于马弗炉中1000℃煅烧10h，实现硝酸盐的分解和碳化物的除杂，得到电解质粉末Ba0.6Sr0.4Ce0.7Bi0.1Sm0.2O3。
4.利用不锈钢磨具将电解质粉末压制成直径13mm，厚度约为0.8-1mm的电解质生坯置于高温马弗炉中1250℃煅烧10小时，得到致密的BaCeO3基(Ba0.6Sr0.4Ce0.7Bi0.1Sm0.2O3)电解质片。
图1和图2分别为实施例6-10中的Ba0.6Sr0.4Ce0.9-xBi0.1Smx03(x＝0，0.05，0.1，0.15，0.2)电解质片经过3h的沸水(图1)和100％CO2处理(图2)后的XRD图。从图中可以看出，经过沸水和纯CO2处理后，电解质片峰的位置没有发生太大的变化，电解质片的物相基本没有发生变化，且没有杂质衍射峰出现，说明其在沸水和纯CO2的稳定性好。
在电解质片两端涂上银浆后，在空气气氛的鼓风干燥箱中450℃干燥30min，取出再涂一遍银浆，然后在空气气氛的鼓风干燥箱中450℃干燥30min，即制备好银电极，在电极两端接上直径为0.3mm的银丝并连接交流阻抗仪，交流阻抗仪采用振华CHI660E电化学工作站，测量频率为0.1Hz-1MHz，测试温度为400～700℃，利用ZSimpWin对阻抗谱进行拟合分析，实施例6-10中的Ba0.6Sr0.4Ce0.9-xBi0.1Smx03(x＝0，0.05，0.1，0.15，0.2)电解质片在氢气气氛中的质子电导率能达到5.042x10-4-3.096x10-3S/cm，且随着Sm含量的增加，电导率也增加，说明Sm元素有利于该BaCeO3基电解质片电导率的提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种BaCeO3基电解质片，其特征在于，所述BaCeO3基电解质片的分子式为Ba0.6Sr0.4Ce1-xBi0.1SmxO3，x＝0～0.2；是将钡盐和Ce(NO3)3·6H2O用去离子水溶解形成A溶液，将SrCO3、Bi2O3和Sm2O3用浓硝酸溶解形B溶液，将A溶液和B溶液混合，得到混合溶液；然后将乙二胺四乙酸和一水合柠檬酸加入到混合溶液中，加入氨水调节pH值至7～8，再在75～90℃加热搅拌，然后燃烧所得胶体得到初级陶瓷粉末，将其升温至800～1000℃煅烧后所得粉体压成坯体，升温至850～1350℃煅烧制得。
2.根据权利要求1所述的BaCeO3基电解质片，其特征在于，所述钡盐为C4H6O4Ba、碳酸钡或硝酸钡；所述钡盐和Ce(NO3)3·6H2O的摩尔比为3：(4～5)；所述钡盐和Ce(NO3)3·6H2O的总摩尔与去离子水的摩尔比为(1～3)：(100～500)；所述SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中的金属离子的总摩尔与浓硝酸的摩尔比为5：(7～11)；所述A溶液和B溶液的体积比为(2～4)：1。
3.根据权利要求1所述的BaCeO3基电解质片，其特征在于，所述钡盐、Ce(NO3)3·6H2O、SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中金属阳离子的总摩尔：乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸的摩尔比为(2～4)：(2～5)：(3～6)。
4.根据权利要求1所述的BaCeO3基电解质片，其特征在于，所述加热的时间为5～8h；所述煅烧的时间为4～6h，所述搅拌的时间为5～8h；所述升温的速率为3～5℃/min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1.将钡盐和Ce(NO3)3·6H2O用去离子水溶解形成A溶液，将SrCO3、Bi2O3和Sm2O3用浓硝酸溶解形成B溶液，将A溶液和B溶液混合，得到混合溶液；
S2.将乙二胺四乙酸和一水合柠檬酸加入到步骤S1中的混合溶液中，搅拌均匀后加入氨水调节pH值至7～8，然后在75～90℃加热后，得到粘稠状胶体；将该胶体置于电炉上使其燃烧，直到出现黄白色粉末为止，即得到初级陶瓷粉末；
S3.将初级陶瓷粉末升温至800～1000℃煅烧并保温，得到电解质粉末；
S4.将电解质粉末用压力压成坯体，升温至850～1350℃煅烧并保温，制得BaCeO3基电解质片。
6.根据权利要求5所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钡盐、Ce(NO3)3·6H2O、SrCO3、Bi2O3和Sm2O3中金属阳离子的总摩尔：步骤S2中所述乙二胺四乙酸：一水合柠檬酸的摩尔比为(1～2)：(1～2.5)：(1.5～3)。
7.根据权利要求5所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述加热的时间为5～8h。
8.根据权利要求5所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述保温的时间为4～6h，所述升温的速率为3～5℃/min；骤S4中所述保温的时间为4～5h，所述升温的速度为3～5℃/min。
9.根据权利要求5所述的BaCeO3基电解质片的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述压力为150～250MPa。
10.权利要求1-4所述的BaCeO3基电解质片在燃料电池中的应用。
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