[发明专利]中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及电池阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池复合阴极材料及电池阴极的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池作为一种新型能源转换装置，因其高效、洁净等方面的优点正日益受到各国广泛的重视。由于电极活性随反应温度的下降而迅速降低，极化电阻增大，所以传统的高温燃料电池阴极材料—锶掺杂的锰酸镧(LSM)已不适合在中温(600～800℃)条件下工作，无法作为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料应用。

在电极材料中加入贵金属制成的复合电极可以提高电极的催化活性或者增大电极-电解质-空气的三相界面，如在La_0.8Sr_0.2Co_0.4Fe_0.6O₃中加入贵金属Pt或Pd微晶颗粒能使电极在较低的温度就有很好的电化学性能，贵金属促进了吸附氧的分离，提高了氧离子与氧空位的交换选择速率，但制备成本过高难以大规模实际推广应用。银同样能够改善氧还原反应的电催化性能，但目前银掺杂的氧化物复合电极中氧化物都为钙钛矿结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前高温燃料电池阴极材料已不适合在中温条件下工作，在电极材料中加入Pt或Pd贵金属生产成本过高以及目前银掺杂的氧化物复合电极中氧化物都为钙钛矿结构的问题，而提供的中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及电池阴极的制备方法。

中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的组成通式为La_2-XSr_XNiO₄-Ag；其中0＜X＜0.8；Ag的掺杂量为La_2-XSr_XNiO₄质量的3％～10％；La_2-XSr_XNiO₄为K₂NiF₄结构氧化物。

中温固体氧化物燃料电池阴极按以下步骤制备：一、按比例取大于1.815g且小于3.025g的La₂O₃、大于0g且小于0.760g的SrO和0.690gNiO溶解于100mL、浓度为1M的硝酸溶液中，然后放于80±1℃的环境中搅拌6±0.1h，形成均匀透明溶液；二、按甘氨酸与透明溶液中金属离子2∶1的摩尔比向步骤一制备的透明溶液中加入甘氨酸，并搅拌均匀，然后置于110±1℃油浴10～20min形成棕黄色粘稠胶状物，再放入150℃、空气气氛环境中加热至胶状物自燃，得到灰黑色粉末；三、灰黑色粉末在850℃、空气气氛条件下烧结10h，即得到La_2-XSr_XNiO₄；四、将La_2-XSr_XNiO₄用200目筛网过筛，然后按1g La_2-XSr_XNiO₄和1g松油醇的比例将松油醇与粒径小于200目的La_2-XSr_XNiO₄粉末混合，形成墨汁状混合物；五、将电解质陶瓷片依次用80目和200目水砂纸打磨，然后将墨汁状混合物滴加到电解质陶瓷片的表面并采用旋涂法以100r/min的转速得到阴极涂层，之后放入150℃、空气气氛环境中放置24h，再置于500℃、空气气氛条件下烧结8h，然后再放入1000℃、空气气氛环境中烧结4h，形成La_2-XSr_XNiO₄与电解质的阴极组装体；六、将浓度为0.5mol/L的AgNO₃溶液滴加到阴极组装体表面，然后放入500℃、空气气氛条件下烧结3h，即得到中温固体氧化物燃料电池阴极；其中步骤六中AgNO₃的质量为阴极组装体中La_2-XSr_XNiO₄质量的4.722％～15.741％；步骤三制得的La_2-XSr_XNiO₄为K₂NiF₄结构氧化物，0＜X＜0.8。