[發明專利]一種低溫燒結制備固體氧化物燃料電池復合陰極的方法

無效

• 申請號: 201210566367.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887520A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 程謨杰;張小敏;涂寶峰;崔大安;區定容
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及固體氧化物燃料電池復合陰極，具體地說是一種低溫燒結制備固體氧化物燃料電池復合陰極的發法。

背景技術

固體氧化物燃料電池是一種將燃料中的化學能直接轉化為電能的能源轉化裝置。一個典型的固體氧化物燃料電池包括陽極、電解質和陰極三部分。對于現今主要采用的陽極支撐薄膜電池來說，陰極極化損失是制約電池性能的主要因素。在陰極，主要是氧的電化學還原過程，包括氣相中的氧通過間隙孔擴散到陰極表面，在其上發生吸附、解離，并接受電子導電相傳輸來的電子轉化成氧離子進入電解質晶格幾個過程。而上述過程除氣體擴散外，都需要很高反應活化，反應速率慢（X.J.Chen?et?al./Journal?of?Power?Sources123(2003)17–25），產生的極化損失高，因而成為制約固體氧化物燃料電池性能的主要因素。因此研究高性能和長期穩定性的陰極，開發新的陰極材料或新的燒結陰極的方法就顯得尤為重要。

而傳統復合陰極的獲得是通過機械混合的方法，存在混合不均的問題，并且材料要經過粉體和電極兩次高溫燒結（≥1100°C），使得顆粒長大較為嚴重，比表面及三相界面損失嚴重。因此本專利提出一種簡單有效的制備固體氧化物燃料電池復合陰極的方法，所制得的陰極同時具有鈣鈦礦相和立方螢石相，并且只需要一次≤1000°C的低溫燒結，顆粒大小均均，與電解質界面接觸良好，電池性能較高。

發明內容

本發明提出一種低溫燒結制備固體氧化物燃料電池復合陰極的方法。

一種低溫燒結制備固體氧化物燃料電池復合陰極的方法，具體包括以下步驟，

1）首先制備所需要的粉體：稱取化學計量比的硝酸鹽，加適量去離子水，攪拌使其完全溶解；向其中加入反應試劑，反應試劑與溶液中金屬離子的摩爾比≥0.5，調節體系pH使反應試劑完全溶解，加熱蒸發水分得透明溶膠后，移至加熱爐上加熱使其發生自蔓延燃燒，收集所得的初粉；

2）將所得初粉在瑪瑙研缽中加無水乙醇研磨至體系呈油墨狀；

3）將研磨后的粉體干燥后，加入711膠攪拌混合均勻得陰極漿料；

4）將所得陰極漿料涂敷到陽極二合一基底上，低溫900~1000°C燒結2~5h，即得復合陰極。該復合陰極同時具有鈣鈦礦相和立方螢石相，無其它雜相；是混合離子電子導體，顆粒細且均勻，比表面積大，三相界面多且均勻分布于整個復合陰極體相，有利于提高電池性能。

該方法適用于制備鈣鈦礦相和立方螢石相的鋯基材料或鈰基材料的復合陰極，其中鈣鈦礦相的通式為(La_1-xZ_x)_a(M_1-yN_y)O_3±d，其中Z為摻雜占據鈣鈦礦A位的Ca或Sr元素，M、N為占據鈣鈦礦B位并選自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的元素中的一種或二種以上，并且a的值為0.8~1,優選0.9~0.95；x的值為0~0.5，優選0.1~0.2；y的值為0~0.4，0≤d≤0.1764；

螢石相為YSZ(Y₂O₃穩定的ZrO₂)、GDC(Gd₂O₃穩定的CeO₂)、LDC(La₂O₃穩定的CeO₂)、SDC(Sm₂O₃穩定的CeO₂)中的一種或二種以上。

合成復合陰極所需的原料包括合成鈣鈦礦相和螢石相所用的原材料，鈣鈦礦相所用的原材料為鈣鈦礦中金屬元素中的二種以上的硝酸鹽，螢石相所用的原材料為Y、La、Zr、Gd、Sm、Ce的硝酸鹽中的二種以上；

所述鈣鈦礦的通式為(La_1-xZ_x)_a(M_1-yN_y)O_3±d，其中Z為摻雜占據鈣鈦礦A的Ca或Sr元素，M、N為占據鈣鈦礦B位并選自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的元素中的一種或二種以上，并且a的值為0.8~1；x的值為0~0.5；y的值為0~0.4；0≤d≤0.1764；

所述螢石相為YSZ（氧化釔穩定的氧化鋯）;GDC（氧化釓摻雜的氧化鈰）、LDC（氧化鑭摻雜的氧化鈰）、SDC（氧化釤摻雜的氧化鈰）中的一種或二種以上。