[發明專利]一種固體氧化物燃料電池自組裝高性能核殼結構陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110084424.0
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112687892B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳孔發;鄒遠鋒;張文清;邵艷群;王欣
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種固體氧化物燃料電池自組裝高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極及其制備方法，具體包括以下步驟：（1）將La₂NiO_4+δ陰極漿料涂覆在電解質上，并在一定溫度下燒結一定時間，（2）對燒結好的陰極表面涂覆上一定厚度Pt電極漿料，在一定溫度下烘干一段時間；（3）將陰極在一定溫度、一定氣氛下施加電流，進行一定時間的電化學極化，即可制備出高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構的陰極。通過電化學極化使La₂NiO_4+δ陰極材料表面形成一層Pt外殼，有效的提高了陰極材料的催化活性。本發明具體條件溫和可控，固體氧化物燃料電池輸出性能顯著提高，在燃料電池高性能電極制備領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于燃料電池催化材料制備技術領域，具體涉及一種固體氧化物燃料電池自組裝高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池（SOFCs）是電化學能量轉換器，它可以直接將燃料的化學能轉化為電能。由于高效率和環境友好性，這種類型的燃料電池在過去幾十年中已在世界范圍內進行了研究。最近，SOFC技術的研究工作集中在改進性能，以及提高耐用性和可靠性。例如，具有K₂NiF_4+δ型層狀結構的合物 Ln₂NiO_4+δ（Ln = La，Pr，Nd），由于其高的氧離子體積擴散以及表面交換系數而具有良好的離子導電性和熱膨脹性能，但是其電子導電性相對較弱。Pt電極具有很強的電子導電性，由于其高的電子導電性通常也作為電極集流體使用。

在固體氧化物燃料電池研究領域中，為了提升陰極的性能，可以通過機械混合、修飾或浸漬方法制成復合陰極，使陰極具有更好的混合導電性，增強陰極的催化活性、離子導電性和電子導電性。La₂NiO_4+δ陰極通常與電子導電性強的材料制成復合陰極，而Pt具有很強的電子導電性和催化性能。本發明首創利用電化學極化法制備高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極材料，通過施加電流使Pt對La₂NiO_4+δ陰極表面進行均勻包覆，生成核殼結構，大幅提高了陰極的性能。

發明內容

本發明提供了一種固體氧化物燃料電池自組裝高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極及其制備方法。在電池工作溫度（500~900℃）內，利用電化學極化法使Pt層對La₂NiO_4+δ陰極材料進行很好的包覆，形成有利于氧還原反應的核殼結構，這一結構優化了La₂NiO_4+δ陰極催化活性，從而使固體氧化物燃料電池的輸出性能大幅度提高。

本發明通過如下技術方案進行實施：

一種固體氧化物燃料電池自組裝高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極及其制備方法，具體包括以下步驟：

（1）將La₂NiO_4+δ陰極漿料涂覆在電解質上，進行燒結得到陰極；

（2）將步驟（1）燒結好的陰極表面涂覆上Pt電極漿料，烘干備用；

（3）將烘干后的陰極施加電流進行電化學極化，即制得固體氧化物燃料電池自組裝高性能Pt@La₂NiO_4+δ核殼結構陰極。

步驟（1）中，電解質為Zr_0.84Y_0.16O₂與Gd_0.1Ce_0.9O_1.95雙層電解質。