[發明專利]一種固體氧化物燃料電池陰極的改性方法

有效

• 申請號: 201410742487.0
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN105742679B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 程謨杰;劉中波
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/12
• 分類號: H01M8/12;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

本發明涉及一種高溫固體氧化物燃料電池陰極的改性方法，所述改性方法包括如下步驟：(1)制備所述陰極改性處理液；分別將強酸與絡合劑溶解于去離子水中，混合后攪拌均勻，其中，改性處理液中強酸的摩爾濃度為0.1M?17M，絡合劑與酸的比例在0.01/1?1.5/1；(2)將步驟1)制備的陰極改性處理液均勻浸潤到固體氧化物燃料電池陰極層中；(3)將陰極經過步驟3)處理過的電池烘干后，在高溫下煅燒。該方法工藝簡單，可應用于廣泛組成的陰極材料，可直接應用于現有電池制備工藝上。經改性處理后電池的極化電阻顯著降低，輸出功率明顯提高。

技術領域

本發明屬于固體氧化物燃料電池領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池陰極改性方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種將化學能直接轉化為電能的發電裝置。SOFC膜電極具有“三明治”結構，其中，致密的固體電解質膜位于中間層，多孔的陽極層和陰極層位于電解質層的兩側。在陰極側，氧分子接受外電路的電子被還原為氧離子，氧離子通過致密的固體電解質膜傳遞到陽極，并氧化燃料、釋放電子，釋放的電子經外電路傳遞到陰極，從而實現對外電路的供電。SOFC的能量損失主要是由歐姆電阻和極化電阻造成，其中歐姆電阻除了材料本征的電阻外，主要是由電極材料/電解質界面處的接觸電阻造成。為減少這種界面接觸電阻，通常采用高溫(≥1000℃)煅燒的方式將電池的電極與電解質燒結到一起。

但高溫煅燒會減少固體氧化物燃料電池陰極、電解質、氣體三相反應界面(TPB)，并減少陰極比表面積及氧催化活性位，從而引起電池極化電阻的增大，最終導致固體氧化物燃料電池的性能的下降。

為了降低固體氧化物燃料電池的電極極化電阻，一些高活性的組分被添加到陰極中【Tal Z.Sholklapper et al./Electrochemical and Solid-State Letters,9,(2006),A376-A378；Mingjia Zhi et al./Energy&Environmental Science,4,(2011),417-420】。但是這些高活性組分往往通過浸漬法制備到陰極中，增加了電池制備的復雜。

因此，本領域迫切需要一種有效解決高溫煅燒導致固體氧化物燃料電池極化電阻增大的方法。該發明的創新點在于，通過由強酸和絡合劑組成的處理液處理陰極后，可顯著降低電池的極化電阻，該方法工藝簡單并可應用于廣泛組成的陰極材料。

發明內容

為克服高溫煅燒導致固體氧化物燃料電池極化電阻增大的問題，本發明提供了一種簡單有效的陰極改性方法。

本發明所提供的固體氧化物燃料電池陰極的改性方法包括如下步驟：

(1)制備陰極改性處理液；陰極改性處理液由強酸和絡合劑組成，分別將強酸與絡合劑溶解于水中，混合后攪拌均勻，其中，改性處理液中強酸的摩爾濃度為0.1M-17M，優選為0.1M-5M，絡合劑與酸的比例在0.01/1-1.5/1，優選比例為0.5/1-1/1；

(2)將步驟(1)制備的陰極改性處理液均勻分散到固體氧化物燃料電池陰極層中，陰極改性液用量為完全浸潤陰極層又沒有液體滲出；

(3)將陰極經過步驟(2)處理過的電池烘干后，在高溫下煅燒。

本發明步驟(1)所述陰極改性處理液配方中強酸為鹽酸、硝酸、甲酸、乙酸中的一種或兩種以上；絡合劑包含檸檬酸銨、甘氨酸、尿素、乙二胺四乙酸氨中一種或兩種以上；。

本發明步驟(2)將陰極改性處理液分散到陰極層中方法可為噴涂法、刷涂法或溶液浸泡法。

本發明步驟(3)中陰極處理后電池烘干溫度為40℃-100℃；高溫煅燒溫度600℃-900℃，升溫速率1-4℃/min，時間1-4h。

本發明的有益效果是：