[发明专利]一种低温烧结制备固体氧化物燃料电池复合阴极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池复合阴极，具体地说是一种低温烧结制备固体氧化物燃料电池复合阴极的发法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的能源转化装置。一个典型的固体氧化物燃料电池包括阳极、电解质和阴极三部分。对于现今主要采用的阳极支撑薄膜电池来说，阴极极化损失是制约电池性能的主要因素。在阴极，主要是氧的电化学还原过程，包括气相中的氧通过间隙孔扩散到阴极表面，在其上发生吸附、解离，并接受电子导电相传输来的电子转化成氧离子进入电解质晶格几个过程。而上述过程除气体扩散外，都需要很高反应活化，反应速率慢（X.J.Chen et al./Journal of Power Sources123(2003)17–25），产生的极化损失高，因而成为制约固体氧化物燃料电池性能的主要因素。因此研究高性能和长期稳定性的阴极，开发新的阴极材料或新的烧结阴极的方法就显得尤为重要。

而传统复合阴极的获得是通过机械混合的方法，存在混合不均的问题，并且材料要经过粉体和电极两次高温烧结（≥1100°C），使得颗粒长大较为严重，比表面及三相界面损失严重。因此本专利提出一种简单有效的制备固体氧化物燃料电池复合阴极的方法，所制得的阴极同时具有钙钛矿相和立方萤石相，并且只需要一次≤1000°C的低温烧结，颗粒大小均均，与电解质界面接触良好，电池性能较高。

发明内容

本发明提出一种低温烧结制备固体氧化物燃料电池复合阴极的方法。

一种低温烧结制备固体氧化物燃料电池复合阴极的方法，具体包括以下步骤，

1）首先制备所需要的粉体：称取化学计量比的硝酸盐，加适量去离子水，搅拌使其完全溶解；向其中加入反应试剂，反应试剂与溶液中金属离子的摩尔比≥0.5，调节体系pH使反应试剂完全溶解，加热蒸发水分得透明溶胶后，移至加热炉上加热使其发生自蔓延燃烧，收集所得的初粉；

2）将所得初粉在玛瑙研钵中加无水乙醇研磨至体系呈油墨状；

3）将研磨后的粉体干燥后，加入711胶搅拌混合均匀得阴极浆料；

4）将所得阴极浆料涂敷到阳极二合一基底上，低温900~1000°C烧结2~5h，即得复合阴极。该复合阴极同时具有钙钛矿相和立方萤石相，无其它杂相；是混合离子电子导体，颗粒细且均匀，比表面积大，三相界面多且均匀分布于整个复合阴极体相，有利于提高电池性能。

该方法适用于制备钙钛矿相和立方萤石相的锆基材料或铈基材料的复合阴极，其中钙钛矿相的通式为(La_1-xZ_x)_a(M_1-yN_y)O_3±d，其中Z为掺杂占据钙钛矿A位的Ca或Sr元素，M、N为占据钙钛矿B位并选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的元素中的一种或二种以上，并且a的值为0.8~1,优选0.9~0.95；x的值为0~0.5，优选0.1~0.2；y的值为0~0.4，0≤d≤0.1764；

萤石相为YSZ(Y₂O₃稳定的ZrO₂)、GDC(Gd₂O₃稳定的CeO₂)、LDC(La₂O₃稳定的CeO₂)、SDC(Sm₂O₃稳定的CeO₂)中的一种或二种以上。

合成复合阴极所需的原料包括合成钙钛矿相和萤石相所用的原材料，钙钛矿相所用的原材料为钙钛矿中金属元素中的二种以上的硝酸盐，萤石相所用的原材料为Y、La、Zr、Gd、Sm、Ce的硝酸盐中的二种以上；

所述钙钛矿的通式为(La_1-xZ_x)_a(M_1-yN_y)O_3±d，其中Z为掺杂占据钙钛矿A的Ca或Sr元素，M、N为占据钙钛矿B位并选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的元素中的一种或二种以上，并且a的值为0.8~1；x的值为0~0.5；y的值为0~0.4；0≤d≤0.1764；

所述萤石相为YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）;GDC（氧化钆掺杂的氧化铈）、LDC（氧化镧掺杂的氧化铈）、SDC（氧化钐掺杂的氧化铈）中的一种或二种以上。