[發(fā)明專利]一種三重傳導(dǎo)性的鈣鈦礦氧化物、制備方法及用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210156240.5
• 申請(qǐng)日: 2022-02-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114744214A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周川;沈璇璇;周嵬;劉棟良;費(fèi)美娟;徐玫瑰;邵宗平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 南京新慧恒誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發(fā)明涉及一種三重傳導(dǎo)性(H⁺/O^2?/e^?)的鈣鈦礦氧化物、制備方法及用途，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提出了單相鈣鈦礦氧化物Sr₂Sc_0.1Nb_0.1Co_1.5Fe_0.3O_6?δ的A位Ba取代策略，以大大改善其熱膨脹行為。Ba²⁺的取代使得制備過(guò)程中初始Co價(jià)態(tài)降低，抑制了升溫過(guò)程Co價(jià)態(tài)的變化。Ba₂Sc_0.1Nb_0.1Co_1.5Fe_0.3O_6?δ電極(11.9×10^?6K^–1，從室溫到700℃)具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱機(jī)械穩(wěn)定性。此外，Ba²⁺取代Sr²⁺獲得的更大的自由體積和更高的氧位堿度增強(qiáng)了質(zhì)子擴(kuò)散和質(zhì)子吸收。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三重傳導(dǎo)性的鈣鈦礦氧化物、制備方法及用途，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)今時(shí)代，面對(duì)全球環(huán)境和能源問(wèn)題，人們正在積極尋找高效、清潔的能源。質(zhì)子陶瓷 燃料電池(PCFC)因其在中低溫下優(yōu)越的電池性能而引起人們的廣泛關(guān)注。然而，對(duì)于商業(yè) 應(yīng)用來(lái)說(shuō)，PCFC比傳統(tǒng)的固體氧化物燃料電池(SOFC)面臨更多的挑戰(zhàn)。這主要是由于質(zhì) 子導(dǎo)體電解質(zhì)如BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ(BZCYYb)(8-10×10^-6K^-1)擁有比氧離子導(dǎo)體電解 質(zhì)(如SDC/YSZ)(11-12×10^-6)更低的熱膨脹系數(shù)。鈷基鈣鈦礦陰極因其優(yōu)異的表面活性和導(dǎo) 電性而廣泛應(yīng)用，而PCFC電解質(zhì)與大多數(shù)鈷基鈣鈦礦陰極(TEC：20-25×10-6K^-1)之間的熱膨 脹行為不匹配會(huì)帶來(lái)較大的內(nèi)部應(yīng)變，使得陰極和電解質(zhì)界面發(fā)生分層或斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致電 池性能降低。因此，這些高TEC值的Co基電極往往與具有低熱膨脹或負(fù)熱膨脹性能的材料 復(fù)合，以調(diào)整與電解質(zhì)熱膨脹行為的失配。Wang等人開(kāi)發(fā)了一種復(fù)合陰極(非專利文獻(xiàn)1)， 將BZCYYb(9.1-9.8×10^-5K^-1，從25℃到1400℃)加入到La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ中，使復(fù)合陰極的TEC 從20×10^-6K^-1(La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ)顯著降低到14.7×10-6K^-1。最近，Shao等人利用熱膨脹抵消法策 略設(shè)計(jì)了一種復(fù)合陰極，以提高電極的耐久性(非專利文獻(xiàn)2)。由高TEC含鈷鈣鈦礦 (SrNb_0.2Co_0.8O_3-δ,20.5×10^-6K^-1)與負(fù)熱膨脹氧化物Y₂W₃O₁₂(YWO,20.5×10^-6K^-1)組成的復(fù)合陰極， 其TEC值較低，為12.9×10^-6K^-1。盡管這些額外的材料有助于改善陰極和電解質(zhì)之間的兼容 性，但它們的過(guò)量引入往往會(huì)阻礙陰極體中的電荷傳輸，從而導(dǎo)致性能下降。

向Sr₂ScNbO₆(SSN)氧化物B位上引入了大量的過(guò)渡金屬Co和Fe，形成具有三相導(dǎo)電能 力的鈣鈦礦導(dǎo)體氧化物Sr2Sc_0.1Nb_0.1Co_1.5Fe_0.3O_6-δ(SSNCF)，但其作為PCFC陰極材料仍受到高 熱膨脹率的不利影響。在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，難以通過(guò)離子調(diào)節(jié)大幅度降低單相材料的TEC。