[发明专利]一种具有双层复合隔层的高温固体氧化物电解池

说明书

本发明涉及一种具有双层复合隔层的高温固体氧化物电解池，其特征在于：在电解池的阳极与电解质之间引入一种厚度为1～10微米的双层复合隔层，其靠近电解质的一层为稀土金属氧化物，靠近电极的一层为过渡金属氧化物，该复合隔层能捕捉阳极中易扩散反应的元素，并与其反应形成新的催化活性物质，从而减少易扩散反应的元素对电解质的侵蚀，改进了电解池阳极与电解质之间化学兼容性。具有双层复合隔层的电解池的阳极/电解质界面电阻非常小，电解池呈现出更高的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种具有双层复合隔层的高温固体氧化物电解池，其特征是在阳极与电解质之间引入稀土与过渡金属氧化物构成的复合隔层，从而改进了高温固体氧化物电解池阳极/电解质界面的化学兼容性。

背景技术

高温固体氧化物电解池是一种运行在中高温(600～800℃)的电解设备，得益于其较高的工作温度，可以高效地将水蒸气电解制得氢气与氧气。目前固体氧化物电解池的设计基本上沿用已有的固体氧化物燃料电池体系，其典型配置采用金属镍与氧化钇稳定的氧化锆的复合金属陶瓷材料(Ni-YSZ)作阴极，氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作电解质，钙钛矿型氧化物作阳极。其中决定整体电解效率的速控步骤是阳极的析氧反应，因此为了实现高效电解，使用高催化活性的La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ或Ba_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ是必要条件。然而，这类高活性钙钛矿型阳极材料直接与氧化锆电解质相接触时，其中的Sr元素很容易与Zr形成SrZrO₃这类高电阻物质，影响电池性能与寿命。传统的解决方法是用钆掺杂的氧化铈(GDC)作中间层隔离含Sr电极与含Zr电解质，该方法能够延缓Sr的扩散，但对GDC中间层的致密性要求很高，需要使用物理气相沉积等技术，导致制备成本攀升。因此，在使用GDC作为被动防护的方式隔离Sr元素以外，还需要在其上引入一些新的元素进行功能改性，使其具备主动与Sr发生反应转化，并再度形成活性物质的作用，从而提高电极/电解质界面的稳定性。

发明内容

为克服现有高温固体氧化物电解池使用含Sr的La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ或Ba_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ高性能阳极易与含Zr的YSZ反应生成高电阻物质SrZrO₃的问题，本发明提供了一种具有双层复合隔层的高温固体氧化物电解池。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

一种具有双层复合隔层的高温固体氧化物电解池，所述电解池由阴极层、电解质层、双层复合隔层、阳极层构成，双层复合隔层位于阳极层与电解质层之间，双层复合隔层中靠近电解质的一层为稀土金属氧化物，靠近阳极的一层为过渡金属氧化物，双层复合隔层能捕捉阳极中易扩散的元素，并与易扩散的元素反应形成新的催化活性物质，从而减少易扩散元素对电解质的侵蚀。

本发明中稀土金属氧化物为Ce、Sm、Gd的氧化物中的一种或二种以上组成；所述的过渡金属氧化物为Ti、Fe、Co、Cu中的一种或二种以上组成。

本发明的双层复合隔层中，过渡金属氧化物所占比重为10％～80％。

本发明中双层复合隔层的厚度为1～10微米，优选厚度为1～5微米。