[发明专利]一种提高固体氧化物燃料电池阴极性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高固体氧化物燃料电池阴极性能的方法，属于固体氧化物燃料电池领域。

背景技术

具有高能量转换效率的固体氧化物燃料电池，作为一种非常有前景的能量转化装置，已经引起了人们极大的关注。然而高的操作温度（>850℃）使其在实际的使用过程中面临很大的挑战，如：电池材料间差的相容性、差的电池密封性、高的运营成本等。最近，研究的热点主要集中在使固体氧化物燃料电池能在中低温（400~600℃）下操作。然而随着温度的降低，传统的纯电子导体如La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ电极的氧还原活性也随之降低，阴极极化电阻急剧增加。

由于Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ、Ba_xSr_1-xCo_yNb_1-yO_3-δ、BaCo_xFe_yNb_1-x-yO_3-δ、Sm_xSr_1-xCoO_3-δ等钙钛矿结构材料在中低温时具有电子离子混合导电性，可以使氧的还原反应从传统的三相界面扩散到整个电极的表面，已经被广泛用来作为中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料。Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.5O_3-δ电极自从2000年被报道以来，引起了研究者非常多的关注，很多方法被用来优化其性能：（一）为了进一步提高氧空穴浓度，增加其对氧的表面交换活性，A位阳离子缺陷被引入，但是该类电极由于电导率的降低、电极和电解质间相反应的发生反而表现出了较大的极化电阻；（二）为了利用A位阳离子缺陷后优异的表面交换活性，避免不必要的相反应发生，一种复杂的微波等离子技术被用来改性高温烧结后的电极，形成了一种具有核壳结构的电极;（三）电极和电解质两个组件通常需要在高温（>1000℃）下焙烧以获得较小的界面电阻，但是高温下焙烧往往会使阴极材料的颗粒之间发生烧结，导致阴极层的孔隙率降低，故有研究者通过引入烧结抑制剂NiO来减小其颗粒尺寸、提高孔隙率。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前常用的中低温固体氧化物燃料电池的阴极的孔隙率低，表面活性位少，表面氧空穴浓度低导致的氧还原活性差的问题，而提供一种提高固体氧化物燃料电池阴极性能的方法，且该方法在制备过程中不使用其它复杂且高价的辅助设备，因而工艺简单易于重复制备。

本发明的技术方案为：一种提高固体氧化物燃料电池阴极性能的方法，其具体步骤为：先将电解质表层的阴极层用热水浸泡；然后将浸泡过的阴极层在高温下烘干，即得到改性后的固体氧化物燃料电池阴极。

本发明所述的电解质表层的阴极层采用常规的高温烧结法制备，优选所述的烧结阴极层的温度为900～1100℃。

所述的阴极优选为具有钙钛矿结构的ABO₃型氧化物组成，其中A位阳离子为碱土金属离子，B位阳离子为过渡金属离子。阴极层的材料更优选为Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ、Ba_xSr_1-xCo_yNb_1-yO_3-δ、BaCo_yFe_zNb_1-y-zO_3-δ中的一种或几种，其中1>x>0,1>y>0,1>z>0,1>y+z>0,0.6>δ>0。

优选阴极层的厚度为10~30μm。