[發明專利]一種高溫燃料電池陰極改性的方法

在審

• 申請號: 201611050291.0
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108110262A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 程謨杰;尚磊
• 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;H01M4/90;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供了一種在固體氧化物燃料電池(SOFC)鈰基電解質隔層上，提高Co/Fe基鈣鈦礦作為陰極的氧催化活性和低溫燒結活性的方法。該方法將Bi基螢石材料與Co/Fe基鈣鈦礦相混合后配置陰極漿料，在低溫800℃焙燒得到鈣鈦礦相/螢石相復合納米顆粒陰極。與沒有添加Bi基螢石材料的Co/Fe基鈣鈦礦陰極相比，添加后陰極與鈰基電解質連接性顯著提高，電池的氧催化活性顯著提高，并且電池長期運行穩定性也得到明顯改善。

技術領域：

本發明涉及固體氧化物燃料電池陰極改性的方法，具體是一種提高鈰基電解質隔層上Co/Fe基鈣鈦礦陰極的氧催化活性和低溫燒結活性的方法

背景技術：

固體氧化物燃料電池(SOFCs)是將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化成電能的能量轉換裝置，與傳統的發電技術相比，其具有能量轉化效率高，清潔無污染，應用范圍廣等特點，是目前最有前景的清潔能源技術之一。降低SOFC運行溫度到800℃以下可以使用廉價不銹鋼作為連接體，降低SOFC運行成本；并且可以壓制電池各部件間的反應，解決密封和電池部件熱退化等難題，因此成為目前SOFC的主要發展方向之一。

Co/Fe基鈣鈦礦材料具有混合電子-離子導電性，常用作中低溫SOFC陰極材料(650～750℃)。在YSZ電解質表面制備一層鈰基電解質隔層可以有效阻止Co/Fe基鈣鈦礦材料與YSZ電解質之間的高溫反應，維持了中低溫SOFC的高性能(Solid State Ionics 179(2008)919-923)。然而，Co/Fe基鈣鈦礦材料高的氧催化反應活化能(≥180kJ/mol)使得在溫度降低時(≤650℃)氧催化反應活性位點由廣泛分布在鈣鈦礦/O2的兩相界面處減少至有限的鈣鈦礦/電解質/O2三相界面處，嚴重降低了氧催化活性。此外，傳統的陰極高溫燒結(≥1000℃)工藝使顆粒粗化長大，反應活性位點嚴重損失，也降低了電池性能。因此針對以上兩種問題，本專利提出一種向Co/Fe基陰極中摻雜Bi基螢石氧化物納米顆粒的方法，不僅可以顯著提高電池的低溫氧催化活性，還可以在低溫燒結Co/Fe基電池陰極。與沒有摻雜Bi基螢石氧化物納米顆粒的陰極相比，電池性能顯著提高。

發明內容

本發明提出一種提高固體氧化物燃料電池(SOFC)鈰基電解質隔層上復合的Co/Fe基鈣鈦礦陰極的氧催化活性和低溫燒結活性的方法，具體技術方案為提供一種高溫燃料電池陰極的改性方法，其具體步驟如下：

(1)Co/Fe基鈣鈦礦相制備：按化學計量比，將Co/Fe基鈣鈦礦相對應金屬離子的硝酸鹽加入去離子水中溶解，溶解后加入絡合劑，其中金屬離子與絡合劑的摩爾比為0.5～1.5，使用氨水或HNO3調溶液的pH，加熱攪拌蒸發溶劑待溶液成透明粘稠狀，轉移至蒸發皿中加熱使其自蔓延燃燒得到鈣鈦礦相初粉，將初粉轉移至馬弗爐中，800～1000℃焙燒成鈣鈦礦相；

(2)螢石相制備：按化學計量比，將含有螢石相對應金屬離子的硝酸鹽加入去離子水中溶解，溶解后加入絡合劑，其中金屬離子與絡合劑的摩爾比為0.5～1.5，使用氨水或HNO3調溶液的pH，加熱攪拌溶液蒸發溶劑待溶液成透明粘稠狀，轉移至蒸發皿中加熱使其自蔓延燃燒得到螢石相初粉，將初粉轉移至馬弗爐中，800～1000℃焙燒成螢石相；

(3)將鈣鈦礦相和螢石相粉體按所需要比例稱重混合后用研缽研磨均勻，加膠配置電池陰極漿料；

(4)將陰極漿料涂覆在陽極/電解質/鈰基電解質隔層三合一基底的電解質隔層一側或鈰基電解質膜基底一側表面上，從室溫升溫到800～1000℃，并于800～1000℃燒結1～10h成電池陰極。