[发明专利]固体氧化物电解池阴极材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及新材料和能源技术领域，具体地，涉及固体氧化物电解池阴极材料及其制备方法和用途。

背景技术

固体氧化物电解池关键材料是当今能源材料领域中的研究热点，目前，最常用的固体氧化物电解池阴极材料是金属Ni和Y稳定ZrO₂复合的多孔电极材料(Ni-YSZ)。尽管Ni-YSZ具有很多优点(如电导率高、成本低等)，但该材料在应用中存在一些尚未解决的问题：如氧化还原稳定性差、低温下离子电导率低、高温下Ni颗粒团聚、Ni高温挥发、易受多种杂质元素影响导致电池性能下降等等。另外，固体氧化物电解池阴极高温高湿的工作环境使Ni-YSZ材料暴露出新问题：Ni-YSZ中的Ni颗粒更容易被氧化形成钝化层，从而使整个电极失去活性，电池的综合性能下降，且Ni-YSZ材料在高温高湿下催化水分解的催化活性也不够高。

因而，关于氧化物电解池阴极材料的研究仍有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构稳定、氧化还原稳定、高混合电导、高催化活性的固体氧化物阴极材料。

在本发明的一个方面，本发明提供了Sr₂Fe_1-xB²_xB'O₆材料在制备固体氧化物电解池阴极材料中的用途，其中，B²、B'为过渡金属元素，x为相对掺杂量，且0≤x≤1。发明人惊喜地发现，利用该材料作为固体氧化物电解池的阴极材料，适合在电解池阴极侧高温高湿的环境下工作，具有结构稳定、氧化还原稳定、高混合电导、高催化活性的特点，以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池高温电解水蒸气的综合电化学性能较高，具有较高的电解水产氢速率。

根据本发明的实施例，B²为选自Mn和Sc的任意一种，B'为选自Re、Sb、Tc、Mo、W、Nb、Ta中的任意一种。由此，以该材料作为固体氧化物电解池的阴极材料，能够有效提高阴极的氧化还原稳定性和催化活性，且该材料更适合在固体氧化物电解池阴极侧高温高湿的环境下工作。

根据本发明的实施例，B²为选自Mn和Sc的任意一种，B'为选自Mo、Nb中的任意一种。由此，以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池，阴极的氧化还原稳定性、催化活性和高温电解水蒸气的综合电化学性能较高。

根据本发明的实施例，B²为Mn，B'为选自Mo、Nb中的任意一种。由此，该材料的电性能较佳，以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池，具有较高的阴极的氧化还原稳定性、催化活性，并获得了较高的电解水产氢速率。

根据本发明的实施例，B²为Mn，B'为Nb。由此，该材料的电性能非常好，以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池，阴极的氧化还原稳定性、催化活性较高，电解水产氢速率较高。另外，通过掺杂Mn元素，提高了该材料在氧化性气氛下的电性能，同时由于变价元素Mn的作用，材料的催化活性也能得到提升。

根据本发明的实施例，0≤x≤0.2。由此，该材料的氧化还原稳定性和电导率更高，进而以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池具有较高的综合电化学性能。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种固体氧化物电解池阴极材料。根据本发明的实施例，该固体氧化物电解池阴极材料具有如式1所示的组成：Sr₂Fe_1-xB²_xB'O₆(式1)，其中，B²、B'为过渡金属元素，0≤x≤1。发明人发现，该材料作为固体氧化物电解池阴极材料，适合在电解池阴极侧高温高湿的环境下工作，具有结构稳定、氧化还原稳定、高混合电导、高催化活性的特点，以该材料作为阴极材料的固体氧化物电解池高温电解水蒸气的综合电化学性能较高。

根据本发明的实施例，B²为选自Mn和Sc的任意一种，B'为选自Re、Sb、Tc、Mo、W、Nb、Ta中的任意一种。由此，以该材料作为固体氧化物电解池的阴极材料，能够有效提高阴极的氧化还原稳定性和催化活性，且该材料更适合在固体氧化物电解池阴极侧高温高湿的环境下工作。