[发明专利]一种钙钛矿型Co基复合阴极材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种A位双掺杂Co基钙钛矿型复合阴极材料及其制备和应用，涉及中温固体氧化物燃料电池领域，属于新能源材料领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC，solid oxide fuel cell)是一种直接将燃料气体和氧化气体的化学能转换成电能的全固体组件的能量转换装置，具有清洁和高效的优点，因而被称作二十一世纪的绿色能源。

目前，传统的阴极材料锰酸镧在中温的条件下，即800℃以下，电导率迅速降低，极化电阻迅速增大，很难满足中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC，Intermediate temperature solid oxide fuel cell)的要求。解决这些问题的路径之一就是寻找合适的电极材料，要求这些电极材料与电解质相匹配并且电化学活性高，从而降低电池的极化电阻，适合电池在中低温下工作。

ITSOFC新型阴极材料的研究主要集中在ABO₃型钙钛矿结构电子-阳离子混合导体上，其中，La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃(LSCF)体系最为人们所重视。在800℃下，LSCF体系的电子电导率达到10²～10³S/cm，氧离子通过氧空位扩散机制传导，可达到10^-2～100S/cm的氧离子电导率，但是LSCF体系的热膨胀系数高，与CeO₂基电解质热匹配性不符，而单掺杂Ca²⁺的La_1-xCa_xCo_1-yFe_yO₃阴极材料热膨胀系数较低，且电性能较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿型Co基复合阴极材料，该阴极材料由氧离子导体、质子导体、电子-氧离子混合导体组成。氧离子导体为具有萤石结构的钐掺杂的铈基氧化物，质子导体为碳酸盐，其中钐掺杂的铈基氧化物与碳酸盐的混合物形成氧离子-质子混合导体。

本发明解决问题的技术方案是一种钙钛矿型Co基复合阴极材料，按质量百分比，由如下组分组成：

La_0.7Sr_0.15Ca_0.15Co_0.8Fe_0.2O_3-δ        50％

Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ                         37.5％

Li₂CO₃和Na₂CO₃按摩尔比2∶1组成的混合物  12.5％

本发明的另一目的是提供上述钙钛矿型Co基复合阴极材料的制备方法，其包括La_0.7Sr_0.15Ca_0.15Co_0.8Fe_0.2O_3-δ，Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ及钙钛矿型Co基复合阴极材料的制备。

①电子-氧离子混合导体La_0.7Sr_0.15Ca_0.15Co_0.8Fe_0.2O_3-δ阴极材料制备：