[發明專利]一種提高固體氧化物燃料電池陰極性能的方法

有效

• 申請號: 201210168677.7
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102664273A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 邵宗平;陳登潔;王富存
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種提高固體氧化物燃料電池陰極性能的方法，屬于固體氧化物燃料電池領域。

背景技術

具有高能量轉換效率的固體氧化物燃料電池，作為一種非常有前景的能量轉化裝置，已經引起了人們極大的關注。然而高的操作溫度（>850℃）使其在實際的使用過程中面臨很大的挑戰，如：電池材料間差的相容性、差的電池密封性、高的運營成本等。最近，研究的熱點主要集中在使固體氧化物燃料電池能在中低溫（400~600℃）下操作。然而隨著溫度的降低，傳統的純電子導體如La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ電極的氧還原活性也隨之降低，陰極極化電阻急劇增加。

由于Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ、Ba_xSr_1-xCo_yNb_1-yO_3-δ、BaCo_xFe_yNb_1-x-yO_3-δ、Sm_xSr_1-xCoO_3-δ等鈣鈦礦結構材料在中低溫時具有電子離子混合導電性，可以使氧的還原反應從傳統的三相界面擴散到整個電極的表面，已經被廣泛用來作為中低溫固體氧化物燃料電池的陰極材料。Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.5O_3-δ電極自從2000年被報道以來，引起了研究者非常多的關注，很多方法被用來優化其性能：（一）為了進一步提高氧空穴濃度，增加其對氧的表面交換活性，A位陽離子缺陷被引入，但是該類電極由于電導率的降低、電極和電解質間相反應的發生反而表現出了較大的極化電阻；（二）為了利用A位陽離子缺陷后優異的表面交換活性，避免不必要的相反應發生，一種復雜的微波等離子技術被用來改性高溫燒結后的電極，形成了一種具有核殼結構的電極;（三）電極和電解質兩個組件通常需要在高溫（>1000℃）下焙燒以獲得較小的界面電阻，但是高溫下焙燒往往會使陰極材料的顆粒之間發生燒結，導致陰極層的孔隙率降低，故有研究者通過引入燒結抑制劑NiO來減小其顆粒尺寸、提高孔隙率。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前常用的中低溫固體氧化物燃料電池的陰極的孔隙率低，表面活性位少，表面氧空穴濃度低導致的氧還原活性差的問題，而提供一種提高固體氧化物燃料電池陰極性能的方法，且該方法在制備過程中不使用其它復雜且高價的輔助設備，因而工藝簡單易于重復制備。

本發明的技術方案為：一種提高固體氧化物燃料電池陰極性能的方法，其具體步驟為：先將電解質表層的陰極層用熱水浸泡；然后將浸泡過的陰極層在高溫下烘干，即得到改性后的固體氧化物燃料電池陰極。

本發明所述的電解質表層的陰極層采用常規的高溫燒結法制備，優選所述的燒結陰極層的溫度為900～1100℃。

所述的陰極優選為具有鈣鈦礦結構的ABO₃型氧化物組成，其中A位陽離子為堿土金屬離子，B位陽離子為過渡金屬離子。陰極層的材料更優選為Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ、Ba_xSr_1-xCo_yNb_1-yO_3-δ、BaCo_yFe_zNb_1-y-zO_3-δ中的一種或幾種，其中1>x>0,1>y>0,1>z>0,1>y+z>0,0.6>δ>0。

優選陰極層的厚度為10~30μm。