[发明专利]抗铬毒化固体氧化物燃料电池掺杂CeO2包覆的LaNi0．6Fe0．4O3-δ阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池阴极及其制备方法，特别涉及一种掺杂CeO₂包覆的LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ阴极及其制备方法。

背景技术

目前，在固体氧化物燃料电池(SOFC)的发展过程中，人们越来越认识到降低电池工作温度的重要性。若能将电池工作温度降低到中温(700～800℃)，则能提高电极的稳定性，减小热应力，延长电池寿命，还可使用廉价的金属合金作为电池的双极板材料。在各种金属合金中，含Cr金属合金因具有成本低、易加工、电子电导率和热导率高、机械稳定性高、耐高温以及抗氧化等优点而成为最有前景的双极板材料。在阴极氧化气氛下，由于Cr优先被氧化为三氧化二铬Cr₂O₃(固态)而在合金的表面生成一层很薄的致密保护膜。但是，当将含Cr金属合金用于SOFC的双极板时，高价态Cr化合物的挥发是需要重点考虑的问题之一。如在阴极侧的氧化气氛下，特别是在水蒸气存在的情况下，Cr基合金容易生成高挥发性的三氧化铬CrO₃(气态)和铬酸CrO₂(OH)₂(气态)等。Cr的挥发不但会加速Cr₂O₃氧化膜的生长，而且会造成Cr向多孔阴极的扩散。当有电流通过时，在阴极/电解质界面处高价态的Cr化合物被还原为Cr₂O₃，一方面低导电性的Cr₂O₃的生成与聚集会降低SOFC的电输出性能，另一方面CrO₃和Cr₂O₃与阴极材料如(La，Sr)MnO₃发生化学反应生成绝缘的尖晶石相(Cr，Mn)₃O₄(s)，同样会使电池的性能急剧下降，这就是阴极的“Cr中毒”现象。因此，SOFC阴极材料的抗Cr毒化性能是亟待解决的问题。经文献检索发现，S.P.Jiang等人发表《La(Ni，Fe)O₃as a cathode material with high tolerance to chromium poisoning for solid oxide fuel cells》(抗铬毒化的固体氧化物燃料电池阴极材料La(Ni，Fe)O₃)一文，见《Journal of Power Sources》(电源技术)170(2007)61-66。该文介绍：采用固相反应合成法制备LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ和(La_0.8Sr_0.2)_0.9MnO₃两种阴极材料，并研究了其在和Fe-Cr合金连接体直接接触时的性能。研究表明LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ具有比(La_0.8Sr_0.2)_0.9MnO₃更稳定的电化学性能，在LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ表面和LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ/YSZ界面上有少量的Cr沉积，因此LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ是很有潜力的抗Cr毒化SOFC阴极材料。作者曾应用低温燃烧法合成LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ极材料，与ScSZ(Sc_0.1Zr_0.9O_1.95)电解质做成双电极对称体系，测试阴极材料在和Fe-Cr合金直接接触的条件下，于750℃开路条件下长时间运行时，Fe-Cr合金对LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ阴极材料电化学性能的影响。结果发现，750℃时阴极极化电阻由开始的0.70Ω·cm²增加到370h的42.86Ω·cm²。SEM发现，LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ/ScSZ界面上沉积出低导电性的Cr₂O₃，减缓活性粒子在三相界面的扩散，增加了阴极极化电阻，因此，作为抗铬毒化的阴极材料，LaNi_0.6Fe_0.4O_3-δ性能还需要进一步改善。