[發明專利]一種三相導體質子導體復合陰極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110480227.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113258086B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 周嵬;周川;劉棟良;沈璇璇;劉威;梅偉杰;楊廣明;邵宗平
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;C01G51/00;G01N15/08;G01N27/02
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發明通過兩步法(溶膠凝膠法和高溫固相法)制備了分子式為Sr_2?2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7?2xFe_0.3O_6?2δ的陰極材料。通過制備具有納米粒徑的SSN修飾主相SCFx復合陰極，表面水汽分壓調控兩種優化策略來提高單電池性能。通過制備，SSNCF0.2取得最佳性能，由主相鈣鈦礦相SCFx和附加相SSN組成的復合陰極材料。并且發現SSN與SCFx發生有益相反應，穩定了鈣鈦礦結構并且獲得了牢靠的相接觸界面；而且適量的SSN復合有效提高了陰極的質子傳輸能力，使陰極體相長程傳導質子，拓展陰極反應區域，極大地提高了陰極性能。

技術領域

本發明涉及一種新型三相導體質子導體陰極材料及其制備方法，更具體是涉及一種溶膠凝膠法及固相法聯合制備的固體氧化物燃料電池陰極材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于對清潔能源的急切需要，固體氧化物燃料電池因其具備極高的能量轉換效率，多樣的燃料選擇性，清潔零污染，受到全世界的關注。傳統的的固體氧化物燃料電池由于其極高的操作溫度(800～1000℃)，嚴重的阻礙了其大規模工業化的發展。因此，為了提高燃料電池的穩定性和降低材料成本，中低溫化(400～700℃)的工作溫度是其發展的趨勢。隨著操作溫度的降低，質子導體的優越性顯現出來，相對于氧離子導體，質子導體固體氧化物燃料電池的優點在于：質子具有較小的離子半徑，所以傳輸過程中具有較小的活化能；隨著溫度的降低，質子遷移數增加；水在陰極生成，不會稀釋燃料氣，增大的燃料的可循環利用性等。因此，開發質子導體燃料電池陰極材料是燃料電池研究的一個突破方向。

但是常規的復合陰極遭受混合不均勻、穩定性差以及活性位點不足的缺點，不適合應用于低溫質子導體燃料電池，所以亟需新的復合方式，提供較高的質子導電性的同時提供較好的氧催化活性。

發明內容

本發明提供一種高性能的質子導體固體氧化物燃料電池陰極材料Sr_2-2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7-2xFe_0.3O_6-2δ(SSNCFx，x＝0.1,0.2,0.3)及其制備方法和應用。重點發掘對于質子導體固體氧化物燃料電池性能影響的眾多內在因素以及提出相對應的優化策略。經過制備和優化手段的陰極材料在中低溫質子導體固體氧化物燃料電池中得到極為突出的電池性能。

本發明的第一方面，提供了：

一種固體氧化物燃料電池陰極材料，其組成通式為A₂B₂O_6-2δ，分子式為：Sr_2-2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7-2xFe_0.3O_6-2δ(SSNCFx，x＝0.1-0.3)，其中δ表示氧空位含量。

在一個實施方式中，0≤δ≤1。

本發明的第二個方面，提供了：

上述的固體氧化物燃料電池陰極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，按照化學計量比，配制含有硝酸鈧、硝酸鍶、草酸鈮的溶液，加入乙二胺四乙酸，然后滴加氨水，加熱后形成凝膠，經過烘干、焙燒后，得到SSN材料；

步驟2，按照化學計量比，將SSN材料與SrCO₃,Co₂O₃，Fe₂O₃機械混合，球磨處理后，進行焙燒，得到陰極材料。