[发明专利]高温固体氧化物电解池阳极与电解质之间界面的修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温固体氧化物电解池阳极/电解质界面的修饰，其特征是在 阳极与电解质之间引入稀土、碱土或过渡金属氧化物构成的修饰层。

背景技术

高温固体氧化物电解池是一种运行在中高温(600～800℃)的电解设备， 得益于其较高的工作温度，可以高效地将水蒸气电解制得氢气与氧气。目前固 体氧化物电解池的设计基本上沿用已有的固体氧化物燃料电池体系，其典型配 置采用金属镍与氧化钇稳定的氧化锆的复合金属陶瓷材料(Ni-YSZ)作阴极， 氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作电解质，钙钛矿型氧化物(La_0.8Sr_0.2MnO_3+δ)作 阳极。其中决定整体电解效率的速控步骤是阳极的析氧反应，因此提高阳极的 催化活性是实现高效电解的必要条件。然而，当传统固体氧化物燃料电池所用 的钙钛矿型氧电极直接用于电解时，呈现出了一定的缺陷。La_0.8Sr_0.2MnO_3+δ-YSZ 复合阳极最显著的问题是在电解模式下工作时容易发生电极脱落，这是由于 La_0.8Sr_0.2MnO_3+δ-YSZ的反应活性较低，在外加的极化电流作用下，氧气强行析出 而破坏了电极-电解质的连接界面。另外，广泛用于高温固体氧化物燃料电池 的不锈钢连接体表面涂层的(A,B)₃O₄尖晶石型氧化物，近年来被发现也具有一 定的电催化反应活性(Int.J.HydrogenEnergy,381052-1057(2013))， 而成为一种新的电极材料。尖晶石类材料故与电解质有着更好的化学兼容性， 但作为高温电解池的阳极使用时，同样存在着易脱落的问题。因此，为了提升 高温电解池的阳极的电催化活性与稳定性，需要对阳极/电解质界面进行修饰 改性，消除电极脱落现象。

发明内容

为克服现有高温固体氧化物电解池阳极与电解质界面结合较差的不足，本 发明提供了一种界面修饰方法，能够提高界面结合力，并改善催化活性与稳定 性。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：在阳极与固体电解质膜之间引入 一种粒径约1～10微米的稀土金属氧化物，其颗粒均匀地分散在整个电解质表 面，颗粒所占据的面积总和约为整个电解质表面积的40～60％。

本发明所述修饰层由La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd的氧化物中的一 种或二种以上组成。

本发明所述电解质膜材料为掺杂的氧化锆系列氧化物，或掺杂的氧化铈系 列氧化物，或掺杂的镓酸镧系列氧化物。

本发明所述阳极为尖晶石型氧化物，或钙钛矿型氧化物。

本发明所述的高温固体氧化物电解池阳极与电解质之间的修饰层的具体制 备方法如下：

1)将修饰涂层所需的一种或多种氧化物球磨至平均粒径为1～10微米；

2)将一定比例的松油醇、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、鱼油、丙酮配制分散 液， 按照所需浓度，将修饰层粉末加入分散液中，并以超声震荡混合10～30分钟；

3)将硬币状电解池基片安装在旋转涂覆装置上，控制转速为500～3000rpm；

4)取修饰层粉末分散液，按照电解质所需要被覆盖的面积，相应地滴 1～100滴于电解质上；

5)将涂覆后的电解池基片于20～80℃干燥后，在500～1500℃下焙烧1～100 小时；

6)将阳极浆料涂覆在焙烧后的修饰层上，在500～1500℃下焙烧1～100小 时，即获得本发明所述的具有修饰层的高温固体氧化物电解池。

本发明的有益效果

所述的修饰层能使高温固体氧化物电解池的阳极与电解质产生良好的结合 力，消除了电极脱落问题，并提高了催化活性与长期运行的稳定性。

附图说明

图1为电解池的截面扫描电镜图，图中自上而下分别为阴极、电解质、修 饰层、阳极；

图2为具有修饰层和尖晶石阳极的电解池的极化曲线。

具体实施方式

实施例1

选择La₂O₃作为阳极/电解质界面修饰层材料，具体制备方法如下：