[发明专利]一种双层钙钛矿结构的燃料电池阳极材料及制备方法

说明书

本发明提出一种双层钙钛矿结构的燃料电池阳极材料及制备方法，将锶、钼、镍的硝酸盐晶体混合后进行湿法球磨，浆体加入造孔剂等助剂过滤干燥压延后预烧，将预烧后的片状多孔材料浸渍于氯化镁溶液中，待多孔片材充分吸附后进行高温烧结，制备获得板材状双层钙钛矿结构的阳极材料Sr₂Mo_1‑yNi_1‑yMg_2yO_6‑x。本发明提供上述方法克服了普通双层钙钛矿结构存在H₂气氛下不稳定，B位掺杂金属原子容易在高温反应中析出，高温下电导率较低，难以实际应用的缺陷，本发明提出一种双层钙钛矿结构的燃料电池阳极材料及制备方法，在双层钙钛矿结构阳极基础上提高了电子电导率和结构稳定性，为其在燃料电池电极中的使用提供了可能。

技术领域

本发明涉及燃料电池材料领域，具体涉及一种双层钙钛矿结构的燃料电池阳极材料及制备方法。

背景技术

能源问题是现今社会能否实现可持续性发展的重要制约性问题之一。由于对于传统的化石燃料不可再生，且使用过程中造成的环境污染严重，寻求环保型的再生能源是21世纪人类面临的严峻的任务。燃料电池(Fuel cell)是一种新型的能源技术，其通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能，所用的燃料为氢气、甲醇和烃类等富氢物质，对环境没有污染以及具有高的能量效率和高的功率密度，因此，燃料电池具有广阔的应用前景。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，为第三代燃料电池，是较新型的燃料电池，其相比于其他类型燃料电池，除具备有燃料电池普遍的高效率，低污染等优点外，其高操作温度以及全固体结构也带来了其他独有的优势。固体氧化物燃料电池的单电池主要由电解质（Electrolyte）、阴极（Cathode）和阳极（Anode）组成。其组成结构采用由多孔阴极、阳极和之间的致密电解质构成的三明治结构。其中致密的电解质层既起到气体隔离的作用，又起到离子传输的作用，阴极的作用是接受外电路传入的电子，将阴极气中的氧分子还原成氧离子并向电解质传输，阳极材料除了在薄膜化的SOFC中起到支撑体的作用，还作为燃料发生电化学反应的催化剂，并提供反应界面，同时，它是燃料电池电路系统中不可缺少的重要组成部分。阳极材料的选择、微观结构的设计直接影响SOFC 的工作特性。

传统 SOFCs的阳极材料多为金属-陶瓷复合材料如 Ni-YSZ或 Ni-SDC，但此类材料的机械性能较弱，在使用碳氢气体做燃料时，传统的阳极材料就会出现严重的碳沉积、硫中毒等问题，无法实现工业化发展。新型单相混合导体阳极材料主要包括钙钛矿型(ABO₃)、萤石型(MO₂ )、金红石型(MO₂ )、烧绿石型(A₂B₂O₇)和钨铜矿型(A_0.6BO₃ )氧化物等。其中钙钛矿型氧化物由于具有良好的化学稳定性和结构稳定性，并且 90%的金属元素都可以进入钙钛矿结构中, 因此将其作为固体氧化物燃料电池阳极材料得到了人们的广泛重视并取得了许多新的研究进展。双层钙钛矿氧化物是相应于单层钙钛矿型氧化物而命名的，通式可以表示为A₂B’B’’O₆, 一般情况下B’和B”是不同的过渡金属离子，其中，双钙钛矿结构的Sr₂MgMoO₆具有良好的抗硫中毒和碳沉积能力，对碳氢燃料具有一定的催化活性，并且热膨胀系数与常用电解质匹配，适合用作SOFC的阳极材料。通过A/B位异价离子的掺杂，使得双钙钛矿结构的电导率及催化活性提高。