[发明专利]含锡纳米氧化物在低温固体氧化物燃料电池阴极中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及到燃料电池领域，具体涉及到低温固体氧化物燃料电池中的应用，得到高性能、高稳定性和很强的抗二氧化碳中毒能力的低温固体氧化物燃料电池阴极材料。

背景技术

成本是目前制约固体氧化物燃料电池（SOFCs）商业化应用的主要因素，而高成本主要是由于SOFC高的操作温度导致的，所以降低SOFC的操作温度是目前SOFC领域的发展趋势和研究热点。对于以Ni-YSZ为阳极，以YSZ为电解质和以传统钙钛矿材料为阴极时，电池的极化损失主要来自阴极极化，当操作温度降低时，阴极极化是制约电池性能的主要因素。为了提高固体氧化物燃料电池的中低温性能，研究者做了大量的工作，如研究新型的高性能的阴极材料，专利CN101267038A中介绍了一种新型的阴极材料(Ba_0.6Sr_0.4)_1-xLa_xCo_0.85Ti_0.15O_3-δ,0.05≤x≤0.15，在低温区具有很高的电导率和热稳定性；专利CN101022163A介绍了一种Ln_1+xA_1-xCuO_4±δ新型阴极材料，其中Ln为稀土元素，A为主族碱土元素，该阴极材料具有很高的电子和氧离子电导率，并与CeO₂基电解质材料的热膨胀系数匹配；Ba_1-z(Co_1-x-yFe_xM_y)O_3-δ(M=Zr、V、Nb等)具有很高的活性和化学稳定性（专利CN101847725A）。

以上专利发明的新材料和制备方法，能够提高固体氧化物燃料电池的中低温性能，但阴极的稳定性和抗二氧化碳中毒能力差。含锡纳米材料表面有大量的活性氧物种，这些活性氧物种能够参与到氧还原过程中，同时Sn⁴⁺和Sn²⁺的相互转化能够加速氧的吸附解离。本发明就是将含锡纳米材料与传统阴极材料结合起来，来提高低温固体氧化物燃料电池的性能，同时提高电池的稳定性和抗二氧化碳中毒能力。本发明的固体氧化物燃料电池阴极材料能够降低SOFC的操作温度，加速了SOFC的商业化应用的进度，此发明具有很大的实用价值。

发明内容

本发明提供了含锡纳米氧化物在低温固体氧化物燃料电池阴极中的应用。将含锡纳米氧化物与传统阴极材料结合起来，利用含锡纳米氧化物的性能来提高低温固体氧化物燃料电池的性能，同时提高电池的稳定性和抗二氧化碳中毒能力，降低SOFC的操作温度，促进了SOFC的商业化应用。

本发明的技术方案如下：

本发明的含锡纳米氧化物在低温固体氧化物燃料电池阴极中的应用，所述含锡纳米氧化物的组成是Sn_xLn_1-xO_2-δ，与钙钛矿结构氧化物和萤石结构氧化物复合形成固体氧化物燃料电池阴极，其中钙钛矿型氧化物为Ln_1-yM1_yM2O_3-δ，萤石相氧化物为Ln_1-zN_zO_2-δ，Ln为La，Ce，Pr，Sm，Gd，Er，Yb，Y，Sc中的一种或几种，M1为Ca，Sr，Ba中的一种或几种，M2为Mn，Fe，Co，Ni，Cu中的一种或几种，N为Ce，Zr，Bi中的一种或几种，0.02≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤δ≤0.5。

本发明的含锡纳米氧化物在低温固体氧化物燃料电池阴极中的应用，其中含锡纳米氧化物在阴极中的质量含量为2-50%，Ln_1-yM1_yM2O_3-δ的质量含量为10-80%，Ln_1-zN_zO_2-δ的质量含量为10-50%，其中0.02≤x≤0.5，0≤y≤0.5，0.5≤z≤0.9。

本发明的含锡纳米氧化物在低温固体氧化物燃料电池阴极中的应用中的Sn_xLn_1-xO_2-δ中的Ln优选为La，Ce，Pr，Sm，Gd，Er，Yb中的一种或几种，颗粒大小在5-50纳米。