一种固体氧化物燃料电池阴极及其制备方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及固体氧化物燃料电池阴极和制备方法及其在中低温固体氧化物燃料电池中的应用。

背景技术

含钴钙钛矿氧化物作为SOFCs的阴极，展示出了良好的电催化活性，然而它却具有热膨胀系数高、稳定性差、成本高等缺点，导致了含钴钙钛矿氧化物的大规模应用受限[材料导报,2018,32(03),337-356]。邵宗平等人[Nature,2004,431(7005),170-173]报道的Ba

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供了一种固体氧化物燃料电池阴极和制备方法及其在中低温固体氧化物燃料电池中的应用。

本发明目的是通过以下方式实现：

本发明提供一种稳定性高、兼容性好和对氧化还原反应催化活性良好的固体氧化物燃料电池阴极的制备方法，其主要包括如下步骤：

(1)分别通过EDTA-柠檬酸合成法和共沉淀-超临界合成法制备两种铁基系列氧化物粉体；

(2)将步骤(1)中EDTA-柠檬酸合成法制备的铁基系列氧化物制备成阴极浆料；

(3)将步骤(2)中所述的阴极浆料刮涂在电解质阴极层上，干燥后，在900℃～1200℃下焙烧2～5h，采用剥离法将阴极涂层厚度降至0.5～10μm，获得第一层阴极；

(4)将步骤(1)中共沉淀-超临界合成法制备的铁基系列氧化物制备成阴极浆料；

(5)将步骤(4)中所述的阴极浆料刮涂在步骤(3)中制备的第一层阴极上，干燥后，在600℃～1000℃下焙烧1～10h，获得第二层阴极，阴极涂层厚度在5-30μm；

(6)采用铁基系列氧化物的盐类配制成混合溶液；

(7)采用浸润法将步骤(6)中制备的混合溶液原位沉积在步骤(5)中所制备的第二层阴极上，干燥后在300～1000℃下空气中热处理1～10h，获得固体氧化物燃料电池阴极。

进一步的，步骤(1)和步骤(6)中所述铁基系列氧化物的化学式为：AM

进一步的，所述铁基系列氧化物AM

进一步的，步骤(1)中所述EDTA-柠檬酸合成法主要包括如下步骤：将金属硝酸盐或金属醋酸盐混合后通过EDTA-柠檬酸合成法制备，然后在600℃～1100℃下焙烧2～10h，获得铁基系列氧化物粉体。

进一步的，步骤(1)中所述共沉淀-超临界合成法主要包括如下步骤：将金属硝酸盐或金属醋酸盐混合后通过共沉淀-超临界合成法制备，然后在400℃～1100℃下焙烧1～10h，获得铁基系列氧化物粉体。

进一步的，步骤(3)中所述电解质为ZrO

进一步的，步骤(6)中所述混合溶液的配制方法主要包括如下步骤：采用铁基系列氧化物的盐类作为原材料，配置成混合溶液，混合溶液的浓度范围在0.1mol/L～10mol/L。

本发明另一方面提供上述方法制备的固体氧化物燃料电池阴极。

进一步的，所述固体氧化物燃料电池阴极的第一层阴极颗粒尺寸在0.5-10μm，第二层阴极颗粒尺寸在200nm-1μm。

本发明另一方面提供上述固体氧化物燃料电池阴极在制备固体氧化物燃料电池方面的应用。

进一步的，所述的燃料电池为中低温固体氧化物燃料电池。

本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：

1.本发明的固体氧化物燃料电池阴极由颗粒尺寸不同的三层阴极组成，在中低温工作区对氧化还原反应有较好的催化活性。

2.本发明的固体氧化物燃料电池阴极与相邻的其他电池部件之间有良好的热兼容性和化学兼容性，且材料结构稳定，不易与相邻的其他电池部件材料反应而生成高电阻相物质，长期运行后仍能保持较高的稳定性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。

采用EDTA-柠檬酸络合法制备AM

取化学计量比A

采用共沉淀-超临界合成法制备AM

取化学计量比A

实施例1

按上述EDTA-柠檬酸络合法制备BaCe

按上述共沉淀-超临界合成法制备BaCe

取化学计量比Ba

实施例2

按上述EDTA-柠檬酸络合法制备SrTi

按上述共沉淀-超临界合成法制备SrTi

取化学计量比Sr

实施例3

按上述EDTA-柠檬酸络合法制备LaY

按上述共沉淀-超临界合成法制备LaY

取化学计量比La

实施例4

按上述EDTA-柠檬酸络合法制备CaZr

按上述共沉淀-超临界合成法制备CaZr

取化学计量比Ca

实施例5

将单电池NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)/YSZ/AM

实施例6

将单电池NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)/YSZ/AM

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。