[发明专利]固体氧化物燃料电池阴极纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可作为固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料的纳米级粉体制备方法。

背景技术

现有固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将化学能转化为电能的能量转化装置，具有高效率、无污染、全固态等显著优点，在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域有着广阔的应用前景。单电池是SOFC基本组成单位，单电池的内阻主要来自阴极的极化电阻。降低阴极极化电阻对提高SOFC单电池的性能至关重要。研究表明，降低阴极极化电阻的关键在于保持阴极的纳米微结构同时使阴极与电解质结合紧密，参见Wei Guo Wang，Mogens Mogensen，High-performancelanthanum-ferrite-base cathode for SOFC.Solid State Ionics，2005，176，452-462。这要求高性能的SOFC阴极材料应该是纳米级粉体，且分布均匀，无硬团聚，形状规则近似球形。

前期研制的SOFC需要在800～1000℃下运行，较高的工作温度对于相关材料的选用提出了一些苛刻的要求，制约了SOFC技术的商业化。SOFC发展的趋势是降低其运行温度，但随着运行温度的降低，电极尤其是阴极的反应速率下降，电极极化增加，因此需要寻找能够满足SOFC在中低温下使用的阴极材料。(La_1-xSr_x)_1-zCo_1-yFeyO_3-δ系钙钛矿氧化物是优良的离子-电子混合导体材料，在800℃其电子电导率可达到1*10²-1*10³S·cm-1，氧离子电导率达到1*10^-1S·cm^-1，参见Teroka Y，Zhang H.M.，Okamoto K.，et al.Mixed ionic-electronic conductivity of La_1-xSr_xCo_1-yFeyO₃ perovskite-type oxides.MaterialResearch Bulletin，1998，23(1)：51-58，同时具有较好的化学稳定性和热稳定性，并与CGO等新一代中低温SOFC电解质材料有很好的相容性，是目前最为理想的中低温SOFC阴极材料之一。

因此，研究合适的钙钛矿粉体制备方法，使之能同时满足(La_1-xSr_x)_1-zCo_1-yFe_yO_3-δ系钙钛矿氧化物的高性能和大规模制备，对推动中低温SOFC技术的商业化具有重要的意义。目前，合成钙钛矿粉体的方法有很多，如固相法、共沉淀法、喷雾热解法、柠檬酸盐法，EDTA-CA复合方法，这些方法各有特点，但还普遍存在着一些问题。

固相法需高温煅烧，粉体均匀性很差，烧结活性低；共沉淀法工艺复杂，粉体团聚严重，参考专利号为ZL02822542.2、发明名称为《固体氧化物燃料电池用复合氧化物及其制造方法》(授权公告号：CN1285138C)的中国发明专利，该专利采用高温焙烧来获得(La_1-xSr_x)_1-zCo_1-yFe_yO_3-δ纳米粉体。

喷雾热解法对设备要求较高，参见专利号为ZL200510061747.9、发明名称为《固体氧化物燃料电池粉体的制备方法和用途》(授权公告号：CN1315211C)，该方法除了喷雾还需要焙烧，工艺也比较复杂，制备成本较高。

柠檬酸盐法，EDTA-CA复合方法需要控制溶液的pH值，EDTA-CA复合方法还需先将EDTA溶解在氨水中，这些增加了操作的难度，并且大量氨水的加入会导致后处理过程中产生过多的气体，使前驱体严重膨胀甚至将粉体喷出，产物难以收集，产率较低，不适于工业放大。如申请号为02126556.9.、名称为《一种制备中温固体氧化物燃料电池电解质超细粉的方法》(公开号：CN1471188A)中国发明专利申请公开，该方法中需加入氨水来调节pH值，工艺复杂，产率也较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种工艺简单、所得产品性能佳的固体氧化物燃料电池阴极纳米粉体的制备方法。