一种燃料电池及燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池及燃料电池的制作方法。
【背景技术】
[0002]固体氧化物燃料电池由于具有能源转化效率高和污染排放少的优势，吸引了广泛的关注和研究，在过去的几十年中获得了快速的发展。但是，固体氧化物燃料电池长期以来面临高温材料和高造价的挑战，例如最普遍使用的电解质钇稳定的二氧化锆，它需要在800-1000°C高温下才能产生足够的电导率。由于其电解质氧离子电导率的限制，固体氧化物燃料电池至今还没有商业化。因此当前固体氧化物燃料电池的研究主要趋势为低温化操作，以解决高温操作难以解决的众多技术难题。
[0003]近年来的研究中，科学家一方面开发在低温有足够高离子电导率的新材料，尝试用纳米技术改进固体氧化物燃料电池材料的导电特性，希望达到降低固体氧化物燃料电池工作温度的目的。在另一方面，发展可应用于低温条件的两相复合功能材料也成为一个重要的策略。例如，L.Fan等报道了掺杂氧化铈-碳酸盐两相复合电解质材料体现出优异的离子导电性能和低温催化活性，在300°C低温下该类电解质的导电率可达0.lS/cm,而传统的固体氧化物燃料电池要在100tC下才能达到同样水平。B.Zhu等提出了一种基于半导体离子导体复合纳米材料的新型无电解质燃料电池，该器件摒弃了电解质隔离阳极阴极的复杂结构，将阳极阴极电解质集于一体形成“三合一”电池。这种燃料电池能够在低温300_600°C下操作并获得优异输出功率。此外，S.Tao最新报道了一种半导体a-LiFe(V^绝缘体γ -1^六102通过固相反应法合成的纳米复合材料，在650°C的氢气或空气气氛中获得了 0.50S cm 1的离子电导率。
[0004]上述研究中，无电解质燃料电池作为一种新型的电池技术开拓了一个全新的科学前沿领域。自然纳米技术选择无电解质燃料电池为2011年研究的亮点报道并命名为??“三合一”。这种燃料电池技术避免了电池组件之间反应的可能性以及其它各种高温和结构复杂的局限性，把复杂高成本的电化学器件的制造变为简单的低成本机械制造，将实现燃料电池的商业化。选择合适的材料制作无电解质燃料电池是非常重要的课题。
[0005]综上可知，燃料电池的制作材料是当前该领域的重要研究课题，现有技术中的燃料电池普遍存在制作材料昂贵，不易获得的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明通过提供一种燃料电池及燃料电池的制作方法，解决了现有技术中燃料电池普遍存在的制作材料昂贵，且不易获得的技术问题。
[0007]—方面，本申请实施例提供了如下技术方案:
[0008]—种燃料电池，所述燃料电池的阴极、阳极和中间层被压制成陶瓷片；所述中间层位于所述阴极和所述阳极之间；
[0009]其中，所述中间层由赤铁矿材料制备，所述赤铁矿材料包括的成分及重量百分比为-Fe2O3大于60%、S12大于15%、CaS1 4和CaCO 3的总量大于5%。
[0010]可选的，所述中间层具体为:所述赤铁矿材料；或所述赤铁矿材料与镧锶钴铁氧化物形成的第一复合材料；或所述赤铁矿材料与镧铈镨氧化物形成的第二复合材料。
[0011]可选的，当所述中间层为所述赤铁矿材料时，所述阴极为所述赤铁矿材料与镧锶钴铁氧化物按1:1的体积比制备的混合物；所述阳极为所述赤铁矿材料与镍钴铝锂氧化物按1:1的体积比制备的混合物；当所述中间层为所述第一复合材料时，所述阴极和所述阳极均为镍钴铝锂氧化物与泡沫镍形成的电极材料；当所述中间层为所述第二复合材料时，所述阴极和所述阳极均为镍钴铝锂氧化物与泡沫镍形成的电极材料。
[0012]另一方面，提供了一种燃料电池的制作方法，包括:
[0013]研磨赤铁矿材料为粉末状，所述赤铁矿材料包括的成分及重量百分比为:Fe203大于 60%、S12大于 15%、CaS1jP CaCO 3的总量大于 5% ；
[0014]用粉末状的所述赤铁矿材料制备中间层材料；
[0015]将阴极材料、阳极材料和所述中间层材料压制成陶瓷片；所述中间层材料位于所述阴极材料和所述阳极材料之间。
[0016]可选的，所述用粉末状的所述赤铁矿材料制备中间层材料，具体为:以粉末状的所述赤铁矿材料作为所述中间层材料；或按第一质量比混合研磨粉末状的所述赤铁矿材料和镧锶钴铁氧化物形成第一混合物；将所述第一混合物在第一温度下烧结第一时长；研磨烧结后的所述第一混合物得到第一复合材料；以所述第一复合材料作为所述中间层材料；或按第二质量比称取粉末状的所述赤铁矿材料和镧铈镨碳酸盐；将称取的所述镧铈镨碳酸盐加入去离子水中；搅拌所述去离子水形成悬浊液，并向所述悬浊液中加入稀硝酸，以使所述悬浊液中的悬浊物溶解，形成第一溶液；将称取的所述赤铁矿材料加入所述第一溶液中；搅拌所述第一溶液为悬浊状；蒸发所述第一溶液，形成块体；在第二温度下烧结所述块体第二时长；在冷却烧结后的所述块体后，研磨所述块体为粉末状的第二复合材料；以所述第二复合材料作为所述中间层材料。
[0017]可选的，所述第一质量比为13:7;所述第一温度为700°C;所述第一时长为2小时。
[0018]可选的，所述第二质量比为2:3 ;所述稀硝酸的浓度为0.5mol/L ;所述第二温度为7500C ;所述第二时长为2小时。
[0019]可选的，当所述中间层材料为粉末状的所述赤铁矿材料时:所述阴极材料的制作方法为:按1:1的体积比，混合并研磨粉末状的所述赤铁矿材料和镧锶钴铁氧化物，形成所述阴极材料；所述阳极材料的制作方法为:按1:1的体积比，混合并研磨粉末状的所述赤铁矿材料和镍钴铝锂氧化物，形成所述阳极材料。
[0020]可选的，当所述中间层材料为所述第一复合材料或所述第二复合材料时:所述阴极材料和所述阳极材料的制作方法均为:按第一配比将镍钴铝锂氧化物粉末加入到含甘油的酒精溶液中，搅拌所述酒精溶液得到黑色浆体；将所述黑色浆体涂覆到泡沫镍表面，并在第三温度下烘干涂覆有所述黑色浆体的泡沫镍；以烘干的所述泡沫镍作为所述阴极材料和所述阳极材料。
[0021]可选的，所述第一配比为每毫升所述酒精溶液加入0.4g镍钴铝锂氧化物粉末；所述酒精溶液含10%体积分数的所述甘油；所述第三温度为300°C。
[0022]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0023]1、本申请实施例提供的燃料电池及燃料电池的制作方法，采用赤铁矿材料作为中间层基础材料，而赤铁矿是自然矿物质，在我国有着丰富的储量，成本低廉，且由于该矿材是天然沉积而成，其主要成分半导体Fe2O3与绝缘体S1 2之间的界面机制，以及碳酸盐的复合作用，造就了其优异的离子传导能力，采用赤铁矿制作的燃料电池工作温度低、性能更好，成本低，电导率高，有效推动燃料电池的商业应用。
[0024]2、本申请实施例提供的燃料电池及燃料电池的制作方法，采用所述赤铁矿材料与镧锶钴铁氧化物形成的第一复合材料作为中间层材料应用于燃料电池后表现出优良的低温工作性能；采用所述赤铁矿材料与镧铈镨氧化物形成的第二复合材料作为中间层材料可获得较高的电池开路电压和输出功率。两种复合材料的合成工艺简单快速、成本低廉，所组装的燃料电池性能优良，为低温燃料电池技术的发展提供了一个新的方向。
[0025]3、本申请实施例提供的燃料电池及燃料电池的制作方法，采用所述赤铁矿和两种复合材料作为中间层材料均体现出质子电导率，所述赤铁矿以其原材料的自然状态应用于燃料电池能够起到良好的离子传输作用，通过改性处理后形成的两种复合材料应用于燃料电池获得了更加优良的电池性能。
【附图说明】<