[發明專利]陶瓷薄膜材料、催化電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910681627.0
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110407577B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王田軍;陳彬;胡延超;徐斌;李敏;苗偉峰
• 申請（專利權）人: 深圳市富濟新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;C04B38/06;C04B41/90;C03C17/36;H01M4/86;H01M4/90;H01M4/96
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 龍丹丹

本發明提供了一種陶瓷薄膜材料、催化電極及其制備方法和應用，本發明的催化電極包括基板和負載于所述基板上的陶瓷薄膜層以及包覆于所述陶瓷薄膜層的催化層。本發明的催化電極具備良好的穩定性，催化活性以及低的制作成本。本發明的固體燃料電池由于采用了所述催化電極因此具備良好的穩定性、及能量轉化效率。

技術領域

本發明屬于固體燃料電池領域，具體涉及一種固體燃料的催化電極及其制備方法和應用。

背景技術

固體燃料電池(Solid Fuel Cell，簡稱SFC)屬于第三代燃料電池，是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學發電裝置。其高效率、無污染、全固態結構和對多種燃料氣體的廣泛適應性等是其廣泛應用的基礎。

固體燃料電池主要組成部分由電解質(electrolyte)、陽極或燃料極(anode，fuelelectrode)、陰極或空氣極(cathode，air electrode)、催化電極(Catalytic electrode)和連接體(interconnect)或雙極板(bipolar separator)組成。

固體燃料電池的工作原理，陽極為燃料發生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，學反應的催化劑。工作時相當于一直流電源，其陽極即電源負極，陰極為電源正極。

在固體燃料電池的陽極一側持續通入燃料氣，例如：氫氣(H2)、甲烷(CH4)、城市煤氣等，具有催化作用的陽極表面吸附燃料氣體，并通過陽極的多孔結構擴散到陽極與電解質的界面。在陰極一側持續通入氧氣或空氣，具有多孔結構的陰極表面吸附氧，由于陰極催化電極的催化作用，使得O2得到電子變為O2-，在化學勢的作用下，O2-進入起電解質作用的固體氧離子導體，由于濃度梯度引起擴散，最終到達固體電解質與陽極的界面，與燃料氣體發生反應，失去的電子通過外電路回到陰極。

燃料氣會從燃料電池陽極進入，透過陽極催化劑分解成正離子與電子，之后電子會經由外電路形成電流抵達陰極，燃料氣失去電子后，則會通過電解質到隔壁的陰極的O2-；在陰極催化劑的幫助下產生反應形成水。

上述特性讓氫燃料電池被視為化石燃料的替代能源之一，更是備受看好的電動車電力來源，可惜的是，做為催化劑的鉑金十分昂貴，成本高和原料稀少，無法大量用于燃料電池。雖然科學家也想過用其他金屬、合金或是化合物來做作催化劑，但效能都比不上鉑金。

發明內容

本發明的目的是提供一種陶瓷薄膜材料，以解決現有的陶瓷薄膜材料作為催化劑的負載基底比表面積不夠大、吸附能力弱、活化催化劑的能力不夠的技術問題。

本發明的另一目的是提供一種催化電極及其制備方法，以解決現有的催化電極價格昂貴，穩定性和催化活性不夠的技術問題。

本發明還一目的是提供了一種固體燃料電池，以解決現有的固體燃料電池成本高，穩定性不足、能量轉化效率低的技術問題。

為了解決上述技術問題本發明一方面提供了一種陶瓷薄膜材料，包括基板和負載于所述基板上的陶瓷薄膜層，所述陶瓷薄膜層由質量分數為10％-20％的有機鋯化物，0.3％-2.8％的有機鉿化物，1.0％-4.2％的釔、鈰的化合物、3％-5.5％的納米碳纖維、2.5％-8.0％的造孔劑和70％的有機溶劑配置成的陶瓷漿料經燒結處理制成。

優選地，所述陶瓷薄膜層的厚度為0.5-20um。

優選地，所述有機鋯的化合物包括雙環戊二烯基或雙(甲基環戊二烯基)二氯化鋯、異辛酸鋯、2-乙基己酸鋯、二氯二茂鋯、四芐基鋯四(乙基甲基氨基)鋯(IV)、四甲基丙烯酸鋯雙[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]鋅正丙醇鋯、六氟-乙酰丙酮鋯、乙酰丙酮鋯雙(正丁基環戊二烯基)二氯化鋯、環戊二烯基三氯化鋯、四(二甲氨基)鋯、1.1.1.-三氟乙酰丙酮鋯、五甲基環戊二烯基三氯化鋯(IV)、四乙氧基鋯四(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸)鋯中的至少一種。