[发明专利]一种A位富余的固体氧化物燃料电池阴极材料、制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种A位Pr富余的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法，阴极材料组成分子式为Pr_1+xBaCo₂O_6‑δ，其中x表示Pr富余量，0≤x≤0.1，δ表示氧空位含量，属于固体氧化物燃料电池阴极材料技术领域。通过在钙钛矿材料PrBaCo₂O_6‑δ中A位Pr富余而提高PrBaCo₂O_6‑δ的电化学性能。A位Pr富余的Pr_1+xBaCo₂O_6‑δ材料在电导率，氧扩散和氧交换能力都有所提高，在600℃下的极化阻抗仅为0.046Ωcm²，相应单电池在650℃下的最大输出功率高达1503 mW·cm^‑2。本发明可以显著降低PrBaCo₂O_6‑δ阴极的极化阻抗，从而对中低温固体氧化物燃料电池的工业化应用做出贡献。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法和应用，具体涉及到A位Pr富余的固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_1+xBaCo₂O_6-δ及其制备方法和应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种可以直接将化学能转变为电能的新型能源转换装置，因其具有能量转换效率高、清洁无污染、燃料多样化、全固态结构和不使用贵金属等优点，是实现节能减排和可持续发张的一种高效替代能源。传统的固体氧化物燃料电池的工作温度为800～1000℃，高温操作条件限制着固体氧化物燃料电池的稳定性、成本等的开发，严重阻碍其大规模商业化的发展。如在高温条件下阴极与电解质界面反应的发生；电解质、电极和密封材料热膨胀性的差异导致电池结构稳定性的降低以及耐高温材料的高成本等都是大规模商业化的阻碍条件。为了提高燃料电池的稳定性和降低材料成本，中低温化（400～800℃）的工作温度是其发展的趋势。但是随着工作温度降到中低温后，电极的极化阻抗尤其是阴极极化阻抗急剧变大，导致电化学性能降低，因此亟需开发高电性能的阴极材料用于中低温固体氧化物燃料电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿A位Pr富余的固体氧化物燃料电池阴极材料Pr_1+xBaCo₂O_6-δ及其制备方法和应用，来改善现有阴极材料在中低温性能的不足。PrBaCo₂O_6-δ基A位Pr富余后，可以提高阴极材料的电导率、氧扩散系数、氧交换系数、电化学性能等，使得阴极材料Pr_1+xBaCo₂O_6-δ能够应用于中低温工作中。

本发明的第一个方面，提供了：

一种固体氧化物燃料电池阴极材料，其组成通式为AA´B₂O_6-δ，分子式为：Pr_1+xBaCo₂O_6-δ，其中x代表Pr的富余量，δ为氧空位含量。

x取值范围是0.01～0.1，更优选为0.05。

本发明的第二个方面，提供了：

上述的固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，是将Pr(NO₃)₃·6H₂O，Ba(NO₃)₂和Co(NO₃)₂·6H₂O按分子式中的化学计量比通过溶胶凝胶法制备得到。

所述的制备方法，步骤是：