[發明專利]一種固體氧化物燃料電池的電極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010601056.8
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111883789A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 楊成浩;李康;譚婷;覃明霞;李藝娟;鐘文濤;鄧強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M8/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池的電極材料及其制備方法與應用。該電極材料為層狀鈣鈦礦結構氧化物，化學式為Gd₂SrCo_xFe_2?xO_7?δ，其中0＜x＜2，δ=0.1~0.5。所述電極材料可作為陰極材料或陽極材料。本發明的電極材料成分較簡單，可在還原性氣氛中析出均勻分布的納米Co?Fe合金顆粒，因而具有良好的導電性能、較低的極化電阻和良好催化活性等。本發明的電極材料制備的SOFC在碳氫燃料氣氛下不易發生積碳現象，且表現出較高的功率輸出密度和較好的穩定性能，可作為一種新型的SOFC電極材料使用。

技術領域

本發明涉及電極材料領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池（SOFC）的電極材料及其制備方法與應用。

背景技術

固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells，SOFC）作為一種新型發電技術，其工作時直接促使燃料氣體（H₂、CO、CH₄）和氧化氣體（O₂、空氣）發生電化學反應而將化學能直接轉換為電能，沒有燃燒和機械運動，具有高效、綠色、無污染等特征。可顯著緩解煤炭、石油等傳統燃料燃燒時能量損失大，破壞生態環境等問題。目前，固體氧化物燃料電池的主體結構包括陽極層、電解質層、陰極層等。其中，Ni基金屬陶瓷陽極因為具有較低的成本、良好的催化效果和電子導電性能等，是目前SOFC中最常用的陽極材料之一。但Ni作為陽極在碳氫燃料使用環境中容易發生高溫積碳現象而遭受毒害，導致其催化效果顯著下降，電池性能衰減速率較快。目前的發展趨勢是摻雜一些電解質材料改善其性能，或者制備無Ni且具備較好催化性能的鈣鈦礦材料。而SOFC的陰極材料也多選用具有催化性能和氧離子傳輸性能的鈣鈦礦結構材料，如La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)等。其中，由Gd、Sr、Co、Fe、O組成的Gd_0.8Sr_0.2Co_1-yFe_yO_3-δ(0≤y≤1)材料，可以顯示出穩定的雙相鈣鈦礦結構，作為固體燃料電池的電極材料使用。參見C.R.Dyck, R.C.Peterson, Z.B.Yu, V.D.Krstic, Solid StateIonics, 176 (2005) 103-108。因此，公開號為 CN 101601153A的專利申請通過甘氨酸硝酸鹽燃燒法合成了基于(Gd_1-xSr_x)_1-sCo_yFe_1-yO_3-δ (s≥0.05)，由兩種不可溶混的混合離子和電子道題組成的復合材料，該材料作為固體氧化物電池(SOC)電極材料，表現出了較低的面積比電阻。但制備這種復合電極材料的工藝相對較復雜，且兩種不同的固相粉末材料難以混合均勻。因此，由該混合材料制備的SOFC電極，其電化學性能的均勻性、穩定性等較難被有效控制。

發明內容

本發明解決的是目前的SOFC電極材料性能不理想等技術問題，提供了一種固體氧化物燃料電池的電極材料及其制備方法與應用。該方法所制備出的層狀鈣鈦礦結構的GSCF材料，工藝過程相對簡單，成本較低、易于產業化，同時該材料在碳氫燃料氣氛下不容易發生積碳效應，且具有較高功率的輸出密度和良好的循環性能。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種固體氧化物燃料電池的電極材料，所述電極材料為層狀鈣鈦礦結構氧化物，化學式為Gd₂SrCo_xFe_2-xO_7-δ，其中0＜x＜2，δ=0.1~0.5。

作為本發明的一個優選方案，所述x =0.5~1.5。

作為本發明的一個優選方案，所述x =1。