[发明专利]一种高温燃料电池阴极改性的方法

说明书

本发明提供了一种在固体氧化物燃料电池(SOFC)铈基电解质隔层上，提高Co/Fe基钙钛矿作为阴极的氧催化活性和低温烧结活性的方法。该方法将Bi基萤石材料与Co/Fe基钙钛矿相混合后配置阴极浆料，在低温800℃焙烧得到钙钛矿相/萤石相复合纳米颗粒阴极。与没有添加Bi基萤石材料的Co/Fe基钙钛矿阴极相比，添加后阴极与铈基电解质连接性显著提高，电池的氧催化活性显著提高，并且电池长期运行稳定性也得到明显改善。

技术领域：

本发明涉及固体氧化物燃料电池阴极改性的方法，具体是一种提高铈基电解质隔层上Co/Fe基钙钛矿阴极的氧催化活性和低温烧结活性的方法

背景技术：

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的能量转换装置，与传统的发电技术相比，其具有能量转化效率高，清洁无污染，应用范围广等特点，是目前最有前景的清洁能源技术之一。降低SOFC运行温度到800℃以下可以使用廉价不锈钢作为连接体，降低SOFC运行成本；并且可以压制电池各部件间的反应，解决密封和电池部件热退化等难题，因此成为目前SOFC的主要发展方向之一。

Co/Fe基钙钛矿材料具有混合电子-离子导电性，常用作中低温SOFC阴极材料(650～750℃)。在YSZ电解质表面制备一层铈基电解质隔层可以有效阻止Co/Fe基钙钛矿材料与YSZ电解质之间的高温反应，维持了中低温SOFC的高性能(Solid State Ionics 179(2008)919-923)。然而，Co/Fe基钙钛矿材料高的氧催化反应活化能(≥180kJ/mol)使得在温度降低时(≤650℃)氧催化反应活性位点由广泛分布在钙钛矿/O2的两相界面处减少至有限的钙钛矿/电解质/O2三相界面处，严重降低了氧催化活性。此外，传统的阴极高温烧结(≥1000℃)工艺使颗粒粗化长大，反应活性位点严重损失，也降低了电池性能。因此针对以上两种问题，本专利提出一种向Co/Fe基阴极中掺杂Bi基萤石氧化物纳米颗粒的方法，不仅可以显著提高电池的低温氧催化活性，还可以在低温烧结Co/Fe基电池阴极。与没有掺杂Bi基萤石氧化物纳米颗粒的阴极相比，电池性能显著提高。

发明内容

本发明提出一种提高固体氧化物燃料电池(SOFC)铈基电解质隔层上复合的Co/Fe基钙钛矿阴极的氧催化活性和低温烧结活性的方法，具体技术方案为提供一种高温燃料电池阴极的改性方法，其具体步骤如下：

(1)Co/Fe基钙钛矿相制备：按化学计量比，将Co/Fe基钙钛矿相对应金属离子的硝酸盐加入去离子水中溶解，溶解后加入络合剂，其中金属离子与络合剂的摩尔比为0.5～1.5，使用氨水或HNO3调溶液的pH，加热搅拌蒸发溶剂待溶液成透明粘稠状，转移至蒸发皿中加热使其自蔓延燃烧得到钙钛矿相初粉，将初粉转移至马弗炉中，800～1000℃焙烧成钙钛矿相；

(2)萤石相制备：按化学计量比，将含有萤石相对应金属离子的硝酸盐加入去离子水中溶解，溶解后加入络合剂，其中金属离子与络合剂的摩尔比为0.5～1.5，使用氨水或HNO3调溶液的pH，加热搅拌溶液蒸发溶剂待溶液成透明粘稠状，转移至蒸发皿中加热使其自蔓延燃烧得到萤石相初粉，将初粉转移至马弗炉中，800～1000℃焙烧成萤石相；

(3)将钙钛矿相和萤石相粉体按所需要比例称重混合后用研钵研磨均匀，加胶配置电池阴极浆料；

(4)将阴极浆料涂覆在阳极/电解质/铈基电解质隔层三合一基底的电解质隔层一侧或铈基电解质膜基底一侧表面上，从室温升温到800～1000℃，并于800～1000℃烧结1～10h成电池阴极。