[发明专利]一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料及应用

说明书

本发明涉及一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料的组成通式为BaCo_0.6‑xFe_xM_0.4‑yN_yO_3‑δ，M为Zr或Ce元素中一种，N为Y或Yb元素中一种，0≤x≤0.6，0≤y＜0.4，0＜δ≤0.5。该阴极材料与常用的中低温下质子型固体氧化物电解质匹配性良好，通过调节钴铁比可满足电化学性能要求，解决了质子型固体氧化物燃料电池阴极材料匮乏问题。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池领域，具体涉及一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料。

背景技术

质子型固体氧化物燃料电池的操作温度在350℃～650℃之间，相比于传统氧离子传导型固体氧化物燃料电池的高温操作环境，具有密封简易、成本低及稳定性高等优势。目前，质子型固体氧化物燃料电池在电解质方面研究较多，而在阴极方面通常将中低温氧离子型阴极应用于质子型固体氧化物燃料电池体系，造成电极与电解质匹配不良、性能衰减快及长期稳定性差等问题。如研究表明BSCF在质子型固体氧化物中性能较高，但与质子导体电解质的热匹配及化学兼容性差，运行过程中易从电解质表面脱落而产生较大界面电阻，另外在低氧分压氛围下易发生一级相变，难以满足长期稳定运行要求。BaPrNi₂O_6-δ等双层钙钛矿材料也被广泛研究，但仍存在匹配性与稳定性等问题。因此，本领域迫切需要一种适用于质子型固体氧化物燃料电池体系的阴极材料。

发明内容

为克服以中低温氧离子型阴极作为质子型固体氧化物燃料电池阴极造成的匹配性、稳定性问题，本发明提供一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料的组成通式为BaCo_0.6-xFe_xM_0.4-yN_yO_3-δ，M为Zr或Ce元素中一种，N为Y或Yb元素中一种，0≤x≤0.6，0≤y＜0.4，0＜δ≤0.5

所述的阴极材料特征在于，当M为Zr，N为Y时，所述阴极材料为BaCo_0.8-xFe_xZr_0.2-yY_yO_3-δ。

所述的阴极材料特征在于，当x＝0.3，y＝0.2时，所述阴极材料为，BaCo_0.3Fe_0.3Zr_0.2Y_0.2O_3-δ。

所述的阴极材料特征在于当M为Ce，N为Yb时，所述阴极材料为BaCo_0.8-xFe_xCe_0.2-yYb_yO_3-δ。

所述的阴极材料特征在于，当x＝0.2，y＝0.1时，所述阴极材料为，BaCo_0.4Fe_0.2Ce_0.3Yb_0.1O_3-δ。

所述的阴极材料特征在于，所述阴极材料可应用于BaCeO₃基、BaZrO₃基、SmNiO₃基等质子型固体氧化物电解质上。

本发明的有益效果是：解决了传统以中低温氧离子型阴极作为质子型固体氧化物燃料电池阴极性能大幅度衰减的问题，通过改变BaCo_0.6-xFe_xM_0.4-yN_yO_3-δ的元素与组成比例，得到催化性能高、稳定性好并与各类质子型电解质匹配性良好的中低温阴极，解决了现有阴极材料在质子型固体氧化物燃料电池研究匮乏的问题，为质子型固体氧化物的研究与制备提供新思路。