[发明专利]一种固体氧化物燃料电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池及其制备方法，该电池为在以钙钛矿型氧化物为阳极材料的多孔阳极支撑体上依次沉积多孔阳极功能层、致密电解质层和多孔阴极功能层，经还原处理后在多孔阴极功能层上沉积多孔阴极层，其中多孔钙钛矿阳极支撑体、多孔阳极功能层内沉积有纳米掺杂氧化铈，多孔阴极功能层内依次沉积有纳米掺杂氧化铈和纳米阴极材料。本发明所制备的固体氧化物燃料电池长期结构稳定，可经受多次氧化‑还原循环，抗积碳，并具有耐硫性能。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域,具体涉及一种固体氧化物燃料电池及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(英文为Solid Oxide Fuel Cell，缩写为SOFC)是一种通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变成电能的全固态发电器件，是新型高效清洁的能源转化装置。SOFC具有许多优点，例如：不需用贵金属作电极；燃料的广泛适用性，即氢气、一氧化碳和碳氢化合物都可作为燃料；具有较高的能转化效率；快速电极反应；仅是气固两相系统，消除了液体电解质所产生的腐蚀问题；排放出的优质废气可以与气轮机联合循环，或热电联供。SOFC具有广泛的应用领域，其主要应用包括分布式电站、家庭电站、车辆辅助电源、不间断电源和军用电源等。SOFC的开发研究以及商业化，受到了世界上许多国家的普遍重视，国际上普遍看好SOFC的应用前景。SOFC进入商业化发展的主要障碍是电池系统的成本和寿命。平板式固体氧化物燃料电池，尤其是中温固体氧化物燃料电池(500～800℃)，是目前国际上固体氧化物燃料电池研究的前沿和热点，其最突出的优点是在保证高功率密度的同时，可使用廉价的不锈钢等合金作为连接体材料，降低了对密封等其它材料的要求，可采用低成本的陶瓷制备工艺，可望大幅降低固体氧化物燃料电池的制造成本。

目前，NiO-YSZ(YSZ：氧化钇稳定氧化锆)阳极支撑中温固体氧化物燃料电池近年来在国际上应用广泛。当直接使用碳氢化合物为阳极燃料时，NiO-YSZ阳极存在耐硫性低、会积碳等缺点，所以，H₂和重整碳氢气体才能作为理想的阳极燃料。但是，气体重整增加了SOFC发电系统的复杂性，降低了发电效率，从而导致成本提高。另外，NiO-YSZ在高温下长期运行会发生氧化还原稳定性差、Ni颗粒烧结团聚等问题。因此，寻找研发出单相氧化物材料来取代NiO-YSZ作为阳极支撑中温固体氧化物燃料电池的阳极材料，使其具备NiO-YSZ的优点，同时能减少积碳、克服镍烧结以及硫中毒等问题是迫切且必要的。

近年来，含过渡金属的钙钛矿型氧化物ABO₃得到特别关注，它们含有的3种不同类型的离子构成了多样并且具有潜在用途的缺陷化学，其中SrTiO₃是典型代表。SrTiO₃材料在宽泛的氧分压和温度范围内具有良好的化学和机械稳定性，显示出较大幅度的缺陷化学并且通过掺杂能够控制和调节缺陷浓度及其缺陷化学。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN 101964422A、名称为“钙钛矿型固体氧化物燃料电池阳极材料”的专利申请，介绍了由钙钛矿结构(ABO₃)氧化物进行A、B位掺杂的一系列材料，该新型材料具有良好的结构稳定性、电性能、催化性能和抗积碳能力，适用于氧化甲烷等碳氢化合物燃料，但是所需原料种类过多，制备成本提高且制备过程容易出错。另外，中国专利号公开号CN 102731090A、名称为“一种直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法”的专利，介绍了La、Cr共掺杂钛酸锶阳极材料，其具有离子电导率高，与电解质YSZ具有良好的化学相容性，可以用于直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池提高电池工作性能。所以经综合考虑，所需原料种类较少且还原气氛下导电性较好，本发明选用A位掺杂A位缺陷的钙钛矿型钛酸锶作为阳极材料。