[发明专利]一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于电气机械及器材制造领域，涉及一种固体氧化物型燃料电池阴极材料。

背景技术

作为一种新能量转换装置，高效且低排放或者零排放的SOFC(固体氧化物型燃料电池)在过去20年受到了非常大的重视。常规的Solid Oxide Fuel Cell(SOFC)一般工作在800-1000℃，在如此高温度下运行，而高温带来一系列问题：如电极烧结导致性能衰退、对材料要求苛刻，成本高等，电极材料和连接体材料的选择范围受到限制，并且SOFC的使用寿命大大缩短，限制了SOFC的进一步发展，因此降低该电池的工作温度(一般降至600-800℃)成为SOFC发展的必然趋势。通常有两种方法减小反应温度，一种方法是减小电解质厚度或者采用高电导率的介质来减小燃料电池的阴极极化电阻。另一种方法是开发一种新的阴极材料来相应的减小电阻。考虑对薄膜片燃料电池的依赖，对于减小电解质厚度存在严重的限制。这样，开发高效用竞争力阴极材料或许是最有可能实现的方法来减小温度。目前，高温SOFC中使用的阴极材料是La_1-xA_xMnO₃(A＝Ca，Sr，Ba等)这种材料在高温下具有较高的电导率，对氧也有较好的催化作用，并且与固体电解质YSZ(氧化锆)在化学相容性和热膨胀等方面较匹配。但是随着温度的降低，传统La_1-xSr_xMnO₃(LSM)阴极材料由于活化能大而导致其过电位将急剧增大，进而成为限制中低温SOFC的工作性能的主要因素。因此寻找新的阴极材料取代原材料已经成为发展中低温SOFC的一个重要课题。

目前，SOFC阴极要求具有如下性质：阴极材料必须能够在氧化性气氛中保持稳定，另外，和阳极材料一样，它必须是具有多孔结构的电子导体，而且这种多孔结构必须能够在高温下保持稳定。同样，高温也限制了材料的选择，通常可选择的是贵金属和电子电导率很高的氧化物。实际上，由于价格原因，贵金属已经被排除在外，大量使用的是氧化物。氧化物不仅要具有高的电子电导率，还要具备与电解质材料相差不大的热膨胀系数，且在高温下不能与电解质材料发生反应。研究者对大量的掺杂氧化物进行了研究，其中LSM(锰酸镧锶)是使用得最多的阴极材料。但LSM阴极材料在较低的操作温度下性能不佳，因此极大的限制了SOFC的性能。LSCF(纳米镧锶钴铁，化学式：La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃-δ)具有更高的电子电导率，且Fe含量较低时能够与YSZ(氧化锆)电解质热膨胀相匹配，这意味着它将是中温SOFC最常使用的阴极材料。我国在该方向也取得了一定成果，但由于起步晚，资金投入不足等原因发展仍较缓慢。国外已在电极材料的制备和优化，电介质材料的开发和薄膜化方面做了系统的研究，并取得了显著的进展，而我国在这些领域的研究相对滞后，基本处于模仿跟踪状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池(SOFC)阴极材料及其制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方能实现：

一种固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF(La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃-δ)。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％，优选为30％。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于对该固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。

一种固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％，优选为30％。

上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于对固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。

具体方案为：