[发明专利]一种三相导体质子导体复合阴极材料及其制备方法

说明书

本发明通过两步法(溶胶凝胶法和高温固相法)制备了分子式为Sr_2‑2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7‑2xFe_0.3O_6‑2δ的阴极材料。通过制备具有纳米粒径的SSN修饰主相SCFx复合阴极，表面水汽分压调控两种优化策略来提高单电池性能。通过制备，SSNCF0.2取得最佳性能，由主相钙钛矿相SCFx和附加相SSN组成的复合阴极材料。并且发现SSN与SCFx发生有益相反应，稳定了钙钛矿结构并且获得了牢靠的相接触界面；而且适量的SSN复合有效提高了阴极的质子传输能力，使阴极体相长程传导质子，拓展阴极反应区域，极大地提高了阴极性能。

技术领域

本发明涉及一种新型三相导体质子导体阴极材料及其制备方法，更具体是涉及一种溶胶凝胶法及固相法联合制备的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于对清洁能源的急切需要，固体氧化物燃料电池因其具备极高的能量转换效率，多样的燃料选择性，清洁零污染，受到全世界的关注。传统的的固体氧化物燃料电池由于其极高的操作温度(800～1000℃)，严重的阻碍了其大规模工业化的发展。因此，为了提高燃料电池的稳定性和降低材料成本，中低温化(400～700℃)的工作温度是其发展的趋势。随着操作温度的降低，质子导体的优越性显现出来，相对于氧离子导体，质子导体固体氧化物燃料电池的优点在于：质子具有较小的离子半径，所以传输过程中具有较小的活化能；随着温度的降低，质子迁移数增加；水在阴极生成，不会稀释燃料气，增大的燃料的可循环利用性等。因此，开发质子导体燃料电池阴极材料是燃料电池研究的一个突破方向。

但是常规的复合阴极遭受混合不均匀、稳定性差以及活性位点不足的缺点，不适合应用于低温质子导体燃料电池，所以亟需新的复合方式，提供较高的质子导电性的同时提供较好的氧催化活性。

发明内容

本发明提供一种高性能的质子导体固体氧化物燃料电池阴极材料Sr_2-2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7-2xFe_0.3O_6-2δ(SSNCFx，x＝0.1,0.2,0.3)及其制备方法和应用。重点发掘对于质子导体固体氧化物燃料电池性能影响的众多内在因素以及提出相对应的优化策略。经过制备和优化手段的阴极材料在中低温质子导体固体氧化物燃料电池中得到极为突出的电池性能。

本发明的第一方面，提供了：

一种固体氧化物燃料电池阴极材料，其组成通式为A₂B₂O_6-2δ，分子式为：Sr_2-2x(Sr_2xSc_xNb_x)Co_1.7-2xFe_0.3O_6-2δ(SSNCFx，x＝0.1-0.3)，其中δ表示氧空位含量。

在一个实施方式中，0≤δ≤1。

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，包括如下步骤：

步骤1，按照化学计量比，配制含有硝酸钪、硝酸锶、草酸铌的溶液，加入乙二胺四乙酸，然后滴加氨水，加热后形成凝胶，经过烘干、焙烧后，得到SSN材料；

步骤2，按照化学计量比，将SSN材料与SrCO₃,Co₂O₃，Fe₂O₃机械混合，球磨处理后，进行焙烧，得到阴极材料。