[发明专利]一种固体氧化物燃料电池阴极催化剂及催化阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极催化剂及催化阴极的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是目前为止能量转换效率最高、最环保的发电技术之一，也是未来最有希望取代火力发电的集中或分散式发电的新技术之一，在新能源转换技术领域具有极强的竞争力。早期的燃料电池运行温度在800-1000℃，随着新材料的研究，固体氧化物燃料电池的结构从电解质支撑转变为阳极支撑，运行温度已经降到600-800℃，而研究运行温度为400-600℃的低温燃料电池已成为关注的焦点。

影响固体氧化物燃料电池运行温度的主要是电解质和阴极，其中阴极的极化电阻占到总阻力的60％以上。LSCF阴极具有一个优异的功率密度(500mW/cm²，750℃)，是所有阴极材料中应用最为广泛的材料。但是由于退化率快和运行温度高的问题，导致LSCF的应用受到限制。因此，降低LSCF的极化电阻是降低固体氧化物燃料电池运行温度的主要因素之一。美国专利(20100081035)通过在LSCF阴极表面粘结Ag、Ag合金及Ag-Pd合金来催化阴极对氧的还原速率。

本发明通过LSCF阴极浸渍PNNM纳米颗粒，在阴极颗粒表面形成三相还原区，促进氧气的还原，提高氧还原速率，有效降低了LSCF阴极的极化电阻和运行温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池阴极催化剂及催化阴极的制备方法，该方法解决目前现有材料及现有技术制备的固体氧化物燃料电池运行过程中运行温度高及退化速率快的问题。本发明中所得固体氧化物燃料电池阴极，与纯LSCF阴极相比，PNNM浸渍的LSCF阴极表面形成一种纳米膜及纳米颗粒，其纳米结构具有高的还原反应表面积，因此，增加了三相反应界面和更多的反应活性位，PNNM的催化活性高，运行温度降低，对LSCF的还原性催化能力越强。本发明的方法制得的PNNM催化LSCF阴极，其极化电阻在700℃条件下比LSCF阴极降低40％，在运行温度低于700℃时，极化电阻比LSCF降低40％以上，阴极退化率在700℃条件下比LSCF阴极降低2倍，在低于700℃的工作温度时，退化率可降低2倍以上。

为实现本发明的目的，提供如下实施方案。

术语：LSCF阴极表示由La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ材料制成的电池阴极。

PNNM催化剂表示由化学式Pr_1.99Nd_0.01Ni_1-xMn_xO_4-δ组成的电池阴极催化剂，LSCF阴极表面浸渍(吸附)PNNM催化剂也称为电池催化阴极或PNNM催化LSCF阴极。

在一实施方案中，本发明的提供一种固体氧化物燃料电池阴极PNNM催化剂，为Pr_1.99Nd_0.01Ni_1-xMn_xO_4-δ所示化合物(简称PNNM)简称，其中，X代表0.035≤x≤0.065。

在另一实施方案中，本发明提供一种制备固体氧化物燃料电池阴极PNNM催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将硝酸盐Pr(NO₃)₃·6H₂O、Nd(NO₃)₃·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O和Mn(NO₃)₂·4H₂O加入到溶剂中形成反应体系，再加入络合剂柠檬酸，在室温下，搅拌使硝酸盐溶解、络合；

2)将络合后的溶液放置在电热板上加热，使溶液蒸发并燃烧，获得黑色物质经研磨钵研磨后放于箱式炉中800℃煅烧2小时，得到化学式Pr_19.9Nd_0.01Ni_1-xMn_xO_4-δ的催化剂。