[發(fā)明專利]抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極及其制備方法

在審

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• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110061248A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 王志成;張波;陳鵬;劉冠鵬;蘇建剛;楊沛霖;陶石;張惠國;錢斌;馮金福
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院;蘇州裕鑫納米材料技術有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

本發(fā)明公開了一種抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極及其制備方法，通過銅離子及釤或釓摻雜氧化鈰基氧化物來制備銅釤共摻雜氧化鈰或銅釓共摻雜氧化鈰粉末，以摻雜氧化鈰粉末為前驅粉末制得多孔陶瓷，多孔陶瓷經氫氣還原后，部分銅從晶格中滲出獲得抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極。本發(fā)明提高了陽極的導電性能并增加陽極的三相反應界面，具有良好結構穩(wěn)定性，不會發(fā)生團聚，具有優(yōu)異的抗積碳抗硫毒化的性能。本發(fā)明的制備方法通過離子摻雜和脫溶作用將銅引入到陽極中，可以采用傳統(tǒng)的壓制或者流延、燒結的方法直接制備陽極支撐的固體氧化物燃料，避免了浸漬還原法制備的含銅陽極的繁瑣過程，使其實現工業(yè)化成為可能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種燃料電池陽極及其制備方法，特別是涉及一種抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極及其制備方法。

背景技術

燃料電池技術可以通過電化學反應過程使燃料的化學能直接轉化為電能，能夠大大降低污染，而且由于不受卡諾循環(huán)的限制，其能量利用率可達40％～60％，如果通過熱電共生同時利用其熱能，則能量的轉化率可以高達80％以上。這些優(yōu)點使得燃料電池技術極有可能在不久的將來成為重要的供電手段。以氫氣為最佳燃料的燃料電池的最終產物是水，對環(huán)境幾乎沒有污染。然而，目前高純度氫的獲取、存儲以及運輸都存在著諸多有待解決的難題，因此以純氫為燃料的燃料電池成本高昂，目前很難大規(guī)模推廣應用。

直接以碳氫氣體為燃料的中低溫固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)，一方面可以使碳氫氣體在陽極直接氧化，不需要任何重整過程，從而可以充分利用熱力學效率，極大提高燃料的利用率；同時也避免了氫氣的儲存和運輸問題；另一方面中低溫SOFC可以減少電池中各種界面間的反應以及電極在高溫下的燒結退化等導致的電池的效率與穩(wěn)定性降低的問題，同時，也擴大電池關鍵材料—電極、雙極板和電解質的選擇范圍。眾多的優(yōu)點使得直接以碳氫氣體為燃料電池的中低溫SOFC成為了當前能源領域研究的熱點。

當直接使用碳氫氣體或天然氣作為燃料時，Ni基陽極的反應活性會因碳沉積的產生而迅速降低。尤其是當燃料中含有H₂S時，電池的衰減更加的嚴重。因此，對于以這些氣體為燃料的SOFC而言，其陽極必需具有很強的抗碳沉積抗硫毒化的能力。一般常采用一些其它金屬和氧化物來取代Ni催化劑。但是研究發(fā)現，Co和Fe雖然具有較好的催化活性，但同樣無法避免碳沉積和硫毒化等問題；Pt、Ru等貴金屬的性能很好，但價格昂貴，成本過高。一些研究重點逐漸轉移到具有離子和電子混合電導的氧化物(mixed ionic and electronicconductor,MIEC)作為陽極的催化劑，如摻雜氧化鈰，但是單純以氧化物作為陽極，雖然它們的具有優(yōu)良的電化學活性和抗碳沉積抗硫毒化性，由于其電子電導率較低，因此很難獲得較好的電性能。Cu由于良好的電導率和抗碳沉積性而被引入到陽極的制備中。但是Cu對燃料氧化的催化活性比Ni差，而且CuO_x具有較低的溶點(1326℃)，很難用采用氧化物共混燒結再還原的方法制得Cu基陽極。銅基陽極、鈰基陽極雖然具有較好的抗積碳抗硫毒化作用，但是電催化活性較低或者電導率較低，后來研究發(fā)現通過浸漬法將Cu與摻雜氧化鈰引入到陽極中可以明顯改善電極的電催化活性和抗碳沉積抗硫毒化性能，但浸漬法較為繁瑣且重復性不好，不利于大規(guī)模生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極的制備方法，避免了浸漬還原法制備的含Cu陽極的繁瑣過程，使其實現工業(yè)化生產成為可能。本發(fā)明的另一個目的是提供一種抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極，其具有優(yōu)異的抗積碳抗硫毒化的性能。

本發(fā)明的技術方案是這樣的：一種抗積碳抗硫毒化固體氧化物燃料電池陽極的制備方法，包括以下步驟：

S1、將硝酸鈰、硝酸釤或硝酸釓、硝酸銅溶于去離子水配成硝酸鹽溶液，然后將氨基乙酸或者硬脂酸加入到硝酸鹽溶液中，攪拌均勻并加熱濃縮直至自燃得到淺棕黃色粉末，最后在500～800℃下熱處理得到銅釤共摻雜氧化鈰或銅釓共摻雜氧化鈰粉末；