[發(fā)明專利]一種用于低溫固體燃料電池的鈣鈦礦型陰極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711455780.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108134097B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
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本發(fā)明提供一種用于低溫固體燃料電池的鈣鈦礦型陰極的制備方法，使用金屬硝酸鹽、堿金屬及其氧化物與沉淀劑、絡(luò)合劑、分散劑等助劑混合攪拌均勻后，獲得ABO3類鈣鈦礦型前驅(qū)體，之后與氧化鈰、氧化硅混合后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，獲得摻雜氧化鈰(DCO)/鈣鈦礦型粉體材料，經(jīng)過球磨行星磨等進(jìn)行處理降低粉體粒徑通過流延法制備為膜電極。所述A類金屬為La系，B類為過渡金屬，沉淀劑為氨水、碳酸銨、尿素等，絡(luò)合劑為檸檬酸，分散劑為聚丙烯腈類有機(jī)溶劑。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)鈣鈦礦陰極與氧化鈰電解質(zhì)在電池工作中由于熱膨脹系數(shù)引起的膜電極開裂、起皺等問題，減少因熱膨脹引起的內(nèi)阻變化，提高膜電極的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池陰極制備領(lǐng)域，具體涉及一種用于低溫固體燃料電池的鈣鈦礦型陰極的制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和輔助設(shè)備組成。燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。常用的燃料除氫氣外還有甲醇、聯(lián)氨、烴類及一氧化碳等。氧化劑一般為氧氣或空氣。電解質(zhì)常見的有磷酸、氫氧化鉀、熔融碳酸鹽及離子交換膜等。將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。燃料電池理論上可在接近100%的熱效率下運(yùn)行，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。目前實(shí)際運(yùn)行的各種燃料電池，由于種種技術(shù)因素的限制，再考慮整個(gè)裝置系統(tǒng)的耗能，總的轉(zhuǎn)換效率多在45%～60%范圍內(nèi)，如考慮排熱利用可達(dá)80%以上。此外，燃料電池裝置不含或含有很少的運(yùn)動(dòng)部件，工作可靠，較少需要維修，且比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組安靜。另外電化學(xué)反應(yīng)清潔、完全，很少產(chǎn)生有害物質(zhì)。所有這一切都使得燃料電池被視作是一種很有發(fā)展前途的能源動(dòng)力裝置。

燃料電池是一種電化學(xué)的發(fā)電裝置，等溫的按電化學(xué)方式，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而不必經(jīng)過熱機(jī)過程，不受卡諾循環(huán)限制，因而能量轉(zhuǎn)化效率高，且無噪音，無污染，正在成為理想的能源利用方式。同時(shí)，隨著燃料電池技術(shù)不斷成熟，以及西氣東輸工程提供了充足天然氣源，燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用存在著廣闊的發(fā)展前景。燃料電池的主要構(gòu)成組件為：電極（Electrode）、電解質(zhì)隔膜（Electrolyte Membrane）與集電器（CurrentCollector）等。

燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場所，其性能的好壞關(guān)鍵在于觸媒的性能、電極的材料與電極的制程等。 電極主要可分為兩部分，其一為陽極（Anode），另一為陰極（Cathode），厚度一般為200－500mm；其結(jié)構(gòu)與一般電池之平板電極不同之處，在于燃料電池的電極為多孔結(jié)構(gòu)，所以設(shè)計(jì)成多孔結(jié)構(gòu)的主要原因是燃料電池所使用的燃料及氧化劑大多為氣體（例如氧氣、氫氣等），而氣體在電解質(zhì)中的溶解度并不高，為了提高燃料電池的實(shí)際工作電流密度與降低極化作用，故發(fā)展出多孔結(jié)構(gòu)的的電極，以增加參與反應(yīng)的電極表面積，而此也是燃料電池當(dāng)初所以能從理論研究階段步入實(shí)用化階段的重要關(guān)鍵原因之一。

目前高溫燃料電池之電極主要是以觸媒材料制成，例如固態(tài)氧化物燃料電池（簡稱SOFC）的Y2O3－stabilized－ZrO2（簡稱YSZ）及熔融碳酸鹽燃料電池（簡稱MCFC）的氧化鎳電極等，而低溫燃料電池則主要是由氣體擴(kuò)散層支撐一薄層觸媒材料而構(gòu)成，例如磷酸燃料電池（簡稱PAFC）與質(zhì)子交換膜燃料電池（簡稱PEMFC）的白金電極等。