[发明专利]一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：制备钙钛矿型氧化物PrBaMnFeO₆，记作PBMF；

S2：将PBMF放入ALD腔体中抽真空并升温，采用原子层沉积技术在PBMF粉体上进行循环沉积，PBMF上均匀沉积一层异原子M掺杂氧化铈薄膜，得到核壳结构的PBMF@M_xCe_(1-x)O_2-δ电极材料，并以循环圈数来控制沉积薄膜的厚度；以循环圈内各元素的沉积次数控制薄膜中M与Ce的比例；

步骤S2中，在PBMF粉体上进行循环沉积的具体操作为：H₂O脉冲0.5 s → 停留8 s →M源脉冲1 s →停留15 s→N₂吹扫2 s→ n×（H₂O脉冲0.02 s →停留30 s → Ce(iPrCp)₂(iPr-amd)脉冲0.5 s → 停留20 s → N₂吹扫2 s），n的数值由沉积物的组成比例来确定；

原子层沉积技术参数为：ALD系统腔体压力约1Torr，沉积窗口温度为150-250 °C，管路温度150 °C，去离子水源为常温，铈源加热温度150 °C，M源加热温度80-160°C，以提供足够的饱和蒸气压，沉积使用高纯氮气为载气，循环圈数y为78～234圈。

2.如权利要求1所述的一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中制备钙钛矿型氧化物PrBaMnFeO₆的具体操作为：

S11：在水中溶解一定量的柠檬酸，然后再按化学计量比溶解Pr源、Ba源、Mn源和Fe源，将上述金属源全部溶解完之后先加入浓硝酸和EDTA，再用氨水调节pH=7~8，加热搅拌至澄清后放入微波炉加热得到凝胶；

S12：将步骤S1得到的凝胶保温除碳得粉体，然后将粉体压实之后烧结得到PrBaMnFeO₆颗粒，记作PBMF。

3.如权利要求2所述的一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料的制备方法，其特征在于：步骤S11中，Pr源为Pr(NO₃)₃·6H₂O，Ba源为Ba(NO₃)₂，Mn源为MnC₄H₆O₄·4H₂O，Fe源为Fe(NO₃)₂·6H₂O；柠檬酸：金属离子：EDTA的摩尔比为（1~2）:1:1.5；步骤S12中，凝胶在600°C保温4个小时进行除碳，烧结温度为900-950°C，烧结时间为5 h。

4.如权利要求1所述的一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中制备钙钛矿型氧化物PrBaMnFeO₆的具体操作为：将各个金属源溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，加入聚乙烯吡咯烷酮后，采用静电纺丝技术进行纺丝，得到PrBaMnFeO₆纳米纤维。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的制备方法制备的对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料，其特征在于：电极材料内核为钙钛矿型氧化物，其化学式为PrBaMnFeO₆，外层为异原子M掺杂氧化铈薄膜M_xCe_(1-x)O_2-δ，M为La、Sm、Fe、Pr和Gd中的一种或多种，0≤x≤0.2, 0≤δ≤0.1；

外层为原子层沉积技术沉积的异原子M掺杂氧化铈薄膜M_xCe_(1-x)O_2-δ。

6.一种如权利要求5所述的对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料的应用，其特征在于：用于对称固体氧化物燃料电池阴极和阳极。

7.如权利要求6所述的一种对称固体氧化物燃料电池核壳结构电极材料的应用，其特征在于：将所述电极材料加入7.5wt. %乙基纤维素的松油醇，研磨成均匀浆料，采用丝网印刷技术将浆料均匀地涂在致密LSGM电解质两侧，在空气中经1000～1050°C温度下烧结4 h，制成固体氧化物燃料电池多孔电极。