[發明專利]陶瓷陰極、固體氧化物電解池及其制備方法

有效

• 申請號: 201711134793.6
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107904615B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 邵靜;陶有堃;張宇軒;劉穎
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

本發明公開了一種陶瓷陰極、固體氧化物電解池及其制備方法，所述陶瓷陰極用于固態氧化物電解池，并且所述陶瓷陰極包括下式(I)的化合物：[Sr_(1?x)A_x]_zTi_(1?y)B_yO_3±δ(I)，其中，A選自Ba、Ce、Pr和La中的一種或多種，B選自Nb、Ca、Co、Ni、Cu、Fe、Mn、Ta、Zn、Mg和Mo中的一種或多種，δ表示因摻雜產生的氧非化學計量值，y＝0?0.6，0.9≤z<1；在不含La時，x＝0?0.8；在含La時，0<x<0.2或z≥x>0.8。本發明的陶瓷陰極具有很高的電導率。

技術領域

本發明涉及新能源電解池領域，具體而言，涉及一種陶瓷陰極、固體氧化物電解池及其制備方法。

背景技術

面對日益嚴重的環境污染問題，全球科學和工業界都在尋找和開發清潔的能源生產和利用方式。固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis cell,SOEC)是一種正在研發中的高效能量轉化技術，其以陶瓷或金屬陶瓷復合電池為反應器，在通電和一定溫度下，可將電能以很高的效率轉化為氫氣或碳氫燃料。SOEC不僅可以通過電解水實現高純氫氣的清潔生產，還可通過水和二氧化碳的共電解生成水煤氣(氫氣加一氧化碳)，并結合工業化的催化反應流程實現碳氫燃料的大規模高效生產。SOEC可用于調節風能、太陽能等可持續能源在地域和時間分布上的不均，解決清潔能源存儲與轉化的難題，而且對人類最終實現氫能社會的構想也具有重要意義。

目前限制SOEC發展的主要問題之一是目前普遍使用的Ni/YSZ復合陰極，雖然電導率和催化活性非常好，但易被氧化，需要還原性氣氛保護，且在大電流下存在碳沉積風險(ChemCatChem,6,1220,2014)。更為嚴重的是，Ni顆粒在長期運行下會出現團聚，以及Ni催化劑被電堆部件或氣體中的微量雜質毒化，導致反應活性位點減少，從而造成性能的衰減。現有技術中嘗試采用陶瓷材料解決上述問題。

例如，采用Ni_xTiO₃陶瓷材料作為SOEC陰極材料，用還原性氣氛將其分解為Ni金屬和TiO₂，利用分解后得到的Ni作為陰極的活性成分。TiO₂為絕緣體，若分解從表面擴大到電極主體，必然帶來電極導電性的急劇下降和電極結構的破壞，并且主體活性成分是Ni，但沒有解決Ni電極的易氧化和生長團聚問題。

還有的方案提出用La_xSr_0.9-xTi_0.6Ni_0.4O_3-δ(x＝0.2-0.8)作為固體氧化物電解池陰極材料并利用Ni的原位析出來增強電極活性，La_xSr_0.9-xTi_0.6Ni_0.4O_3-δ材料的合成采用檸檬酸鹽法合成，制備SOEC的電解質為YSZ，電極中復合成分為CGO，陽極為LSM。但此方案沒有解決Ni析出后因氧化和受熱生長導致的性能降低問題。而且其電導率較低，歐姆阻抗較大從而限制了其電解池性能。

還有的方案提出用Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ(M＝Mg、Zn、Ni、Co、Cu、Mn，x＝0-1.0)作為SOEC的陰極材料，并使用燃燒法制備，該方案主要是利用燃燒法解決了制備過程中的SrMoO₃雜相問題，但沒有提出解決陶瓷陰極材料本身催化活性或失活再生問題的方法。

發明內容

為了解決上述的至少一個問題，本發明提供一種新型陶瓷陰極、固體氧化物電解池及其制備方法。

本發明的一個實施方式提供一種陶瓷陰極，所述陶瓷陰極用于固態氧化物電解池，并且所述陶瓷陰極包括下式(I)的化合物：