[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于燃料电池材料技术领域，特别涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用。本发明提供的中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，从化学组成上，所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的化学式为x[Bi₂CuO₄]·(1‑x)[Gd_0.1Ce_0.9O_1.95]，x＝40～70wt.％。实施例结果表明，以本发明提供的中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料为阴极材料制备得到的对称电池，在700℃的极化电阻仅为0.40Ω·cm²，在550℃的极化电阻为5.45Ω·cm²；制备得到的阳极支撑型单电池，在700℃的最大输出功率高达326mW/cm²，中温条件下表现出了优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于燃料电池材料技术领域，特别涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能直接转换成电能的发电装置，具有能量转换效率高、燃料适用范围广、污染物排放量低等优点。近年来，人们普遍认为降低操作温度是实现SOFC商业化的关键，降低电池操作温度不仅可以有效地降低各个部件的老化速率、提高SOFC的稳定性、延长使用寿命，还可以使用廉价的不锈钢金属材料作为连接材料，大大降低成本。因此，降低操作温度(800℃)已成为SOFC的主要研究方向之一。

阴极是SOFC的重要组件之一，它为氧的还原提供电化学反应场所，其性能的好坏直接影响了整个电池的性能。目前一些常用的中温SOFC阴极材料有La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ、Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ和PrBaCo₂O_5+δ等，虽然具有良好的氧还原反应催化活性，但由于这些材料中都含有稀土元素和碱土元素，所以存在一些直接影响SOFC性能的关键性问题，如：高温下的化学和结构稳定性较差、易与传统电解质材料发生不良化学反应以及抗CO₂中毒能力差。针对这些问题，不含稀土和碱土元素、具有尖晶石结构的阴极材料引起了人们的关注。

目前具有尖晶石结构的SOFC阴极材料主要是由过渡金属元素构成的(Co,Mn)₃O₄、(Cu,Mn)₃O₄或(Cu,Co)₃O₄等氧化物，因不含稀土或碱土元素，故其与SOFC中相接触的其他组件材料间的化学相容性较好；另外，该类材料对氧还原反应的催化活性通常高于传统的阴极材料(La,Sr)MnO₃。但是，由于这些材料主要由过渡金属元素构成，所以具有很强的金属-氧键能；同时，氧在该材料的结构中密排堆叠，导致氧在材料中很难传导，这些材料基本都属于纯电子导体，电化学性能仍无法满足中低温条件下SOFC的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，不含稀土或碱土元素，具有电子传导性和优良的氧还原催化活性，在中温条件下表现出了优良的电化学性能；本发明还提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法和应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，从化学组成上，所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的化学式为x[Bi₂CuO₄]·(1-x)[Gd_0.1Ce_0.9O_1.95]，x＝40wt.％～70wt.％。