[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法，属于化学电源固体氧化物燃料电池材料领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)以其高效、洁净和对多种燃料的广泛适应性而具有广泛的市场应用前景。常规的固体氧化物燃料电池阴极材料的工作在800-1000℃，如此高的温度，使电极材料和连接体材料的选择范围受到限制。因此，降低电池的工作温度(650-800℃)成为SOFC发展的必然所趋。但是工作温度的降低，导致电解质的欧姆极化以及电极的活化极化损失增加，严重影响了电池的性能。传统的高温固体氧化燃料电池阴极材料La_1-xSr_xMnO₃(LSM)由于其在较低的温度下较低的电导率和催化活性不再使用于中低温固体氧化物燃料电池。含钴的钙钛矿(ABO₃)LSCF La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)阴极界面极化电阻比LSM低10倍，可以作为潜在的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，但是其热膨胀系数较高，同时化学稳定性不好，高温下与电解质发生化学反应。Ba_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_3-δ作为阴极的电池的电化学性能得到提高，但是中低温下电导率较低，在阴极材料性能不足的条件下，制备出新的中温固体氧化物燃料电池阴极材料成为电池发展的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料及其制备方法。所制备的材料用作中温固体氧化物燃料电池阴极材料。

本发明提供的一种新型中温固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料，其特征在于，阴极材料分子式为(Pr_1-xSr_x)₂O₂SO_4-δ(0＜x＜0.1)。

本发明提供的一种SOFC的阴极材料的制备方法，其特征在于，将金属硝酸盐、溶解到去离子水中，然后加入氨水，在水浴锅中反应，将最终的反应产物煅烧，得到(Pr_1-xSr_x)₂O₂SO_4-δ阴极材料，包括以下反应步骤：

(a)按照化学计量摩尔比(1-x)∶x称取Pr硝酸盐和Sr硝酸盐溶于去离子水中制成金属离子前躯体溶液，其中0＜x＜0.1；

(b)向金属离子前躯体中加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)作为硫源，溶液中金属离子和SDS的摩尔比为1∶2；

(c)用氨水调节pH约为11；

(d)将溶液置于水浴中以40℃恒温加热1h，再将温度升到50℃恒温搅拌加热10h；再将反应溶液用蒸馏水洗涤抽滤，并于80℃真空干燥，研磨得到前躯体；

(e)前躯体在空气气氛1000℃下煅烧5h，得到(Pr_1-xSr_x)₂O₂SO_4-δ粉体(0＜x＜0.1)。

本发明的有益之处在于：

1)用模板法制备锶取代的(Pr_1-xSr_x)₂O₂SO_4-δ的材料与固相方法相比可以降低能耗，并且掺杂发生在分子级水平更有利于取代，摩尔比更容易控制，产物更纯；

2)表面活性剂的加入，一方面可以指导合成特殊形貌的阴极材料，另一方面可以使反应条件更温和。特殊的形貌更有利于氧还原的进行，从而提高电化学性能；

3)制备的掺锶的(Pr_1-xSr_x)₂O₂SO_4-δ阴极材料的在室温下的电导率提高；

4)本发明制备工艺简单，设备简单，便于操作，能耗低。

附图说明

图1是所发明材料的XRD图；

图2是所发明材料的衍射峰变化的XRD图；

图3是所发明材料的SEM图；