[发明专利]一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池

说明书

本发明提供了一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：M₂Fe_1+xMo_1‑xO_6‑δCl_y式I；其中，M为碱土金属，0≤x≤1，0﹤y﹤0.1；所述固体氧化物电池燃料极材料的择优暴露晶面为(100)面。本发明中Cl元素既是掺杂剂也是粉体形貌调节剂，本发明对燃料极材料SFM进行Cl掺杂，在高温条件下，氯化盐呈液相并包覆在前驱物表面，前驱物在熔融氯化盐中成核生长，直至氯化盐消耗殆尽，生长停止，最后暴露出特异的(100)晶面，粉体外观形貌呈现规则的立方块。本发明中Cl掺杂的粉体具有更大的比表面积，可大量制备晶面择优暴露面为(100)的立方形貌粉体。本发明还提供了一种固体氧化物电池燃料极材料的制备方法和固体氧化物电池。

技术领域

本发明属于固体氧化物电池技术领域，尤其涉及一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池。

背景技术

固体氧化物电池(solid oxide cell,SOC)是一种清洁高效的能量转换器件，根据工作模式的不同，可分为固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)和固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis fuel,SOEC)，SOFC可将燃料中的化学能直接转化为电能，而SOEC可将富足的电能转化为化学能而储存，两者互为可逆操作。SOC主要由燃料极、空气极和电解质组成。其中，燃料极材料的性能直接影响着整个电池的电化学性能。

最常用的燃料极材料是金属陶瓷电极材料，如Ni-YSZ。其中金属Ni具有较高的催化活性和电子电导率，陶瓷相YSZ具有较好的氧离子电导率，因此，这类材料在燃料极具有优异的电化学性。然而，进一步研究发现，当使用碳氢燃料时，金属陶瓷燃料极容易积碳和硫中毒，其氧化还原循环性能差。为了克服金属陶瓷燃料极的缺点，近年来，具有ABO₃通式的混合离子-电子导体钙钛矿燃料极材料引起了较大关注。其中，化学组成为M₂Fe_1+xMo_1-xO_6-δ(M为碱土金属元素)的燃料极材料具有合适的电导率、较好的氧化还原稳定性、较强的抗积碳能力和优异的电化学性能，是目前最有希望的钙钛矿燃料极材料。

M₂Fe_1+xMo_1-xO_6-δ燃料极材料的制备有多种方法，例如，固相反应法、乙二胺四乙酸(EDTA)-柠檬酸燃烧法。这些制备方法中粉体成相温度较高，通常在1000℃以上，高温条件下，纳米粉体容易团聚和粗化，因此，制备的SFM粉体呈现无规则晶面取向和外观形貌，且比表面积相对较小，使得电极催化反应活性区域降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体氧化物电池燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池，本发明制备的燃料极粉体具有规则的立方形貌，晶面择优暴露面为(100)，晶粒大小为50-200nm，其比表面积大，催化活性高，且可大量制备，利于在固体氧化物电池领域的应用。

本发明提供一种固体氧化物电池燃料极材料，具有式I所示化学式：

M₂Fe_1+xMo_1-xO_6-δCl_y式I；

其中，M为碱土金属，0≤x≤1，0﹤y﹤0.1；所述固体氧化物电池燃料极材料的择优暴露晶面为(100)面。

优选的，所述M为Ca、Sr和Ba中的一种或几种。

本发明提供如上文所述的固体氧化物电池燃料极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)按照式I的化学计量比，将可溶性碱土金属盐、可溶性铁盐、可溶性钼盐和氯源在二次蒸馏水中溶解，得到金属盐溶液；