[发明专利]基于Ag-SrTiO3

说明书

本发明提供了一种基于Ag‑SrTiO₃电极的对称SOFC，包括电解质、阴极和阳极，阴极和阳极分别涂覆于电解质两侧，电解质为Ce_0.8Gd_0.2O_1.9(GDC)，阴极和阳极均为Ag‑SrTiO₃电极，Ag‑SrTiO₃电极以粉体Ag‑SrTiO₃为原料，粉体Ag‑SrTiO₃是按照银占金属元素的质量比为5‑20wt％将Ag⁺还原为纳米Ag颗粒修饰STO得到的。本发明所述基于Ag‑SrTiO₃电极的的对称SOFC，电极疏松多孔，电极和电解质之间接触良好。本发明还提供了所述基于Ag‑SrTiO₃电极的对称SOFC的制备方法，包括以下步骤：(一)粉体的制备；(二)对称电极的制备；(三)单电池的组装。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，特别是涉及一种基于Ag-SrTiO₃电极的对称SOFC及制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能把燃料和氧化剂中的化学能直接而连续地转化为电能的全固体组件能量转化装置，在各类燃料电池中，固体氧化物燃料电池具有系统结构简单、电转换效率高、对环境友好、适用燃料范围广及寿命长等独特的优点。在大、中、小型发电站，移动式、便携式电源，以及军事、航空航天等领域有着广泛的应用前景，被公认为具有良好发展前景的新型发电技术。尽管SOFC技术目前已取得了重大进展，但要实现商业化应用，还有许多工作要做。这主要是因为已开发的装置工作温度过高，造成组成材料间的热膨胀系数难以匹配，电池堆长期运行的稳定性差。因此，降低SOFC的操作温度至中温，是这一技术目前的研究焦点。

由于SOFC阳极和阴极的工作环境不同，因而对其性能要求也不相同，例如阳极材料要求在还原性气氛中稳定，阴极材料要求在氧化性气氛中稳定，同时还要求阳极和阴极都有一定的电导率、强度等，目前对于非对称结构的SOFC来说，其主要问题是当使用含碳燃料时，阳极部位的积碳会导致电池性能的迅速衰减，同时电池组成材料的增加也带来加工的复杂。若使用对称结构的SOFC，组成上只有电解质和电极两种材料体系，能降低制作过程的工艺难度，当产生积碳后还可以调换电极功能，可以容易地清除积碳，保障电池性能稳定。而对称SOFC的主要难点在于选择合适的电极材料使其可以在阴极的氧化气氛中和阳极的还原气氛中均保持稳定，对氧气还原和氢气氧化反应同时具有良好的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Ag-SrTiO₃电极的对称SOFC，构思了稳定钙钛矿材料中负载纳米金属催化剂的思路，制备复合电极，组装对称电池，并研究其性能。本发明以SrTiO₃(STO)负载纳米Ag复合材料作电极构建对称SOFC，由于STO在很宽的氧分压和温度范围内能保持结构和性质的稳定，成为SOFC 阳极材料的候选者。STO电导率很低，不能直接用于阳极材料；但缺位STO或者Mg、La等掺杂STO可有效的提高其材料的电导率，并且STO是全陶瓷部件，在高温下有较高的化学稳定性和结构稳定性，也具备较高的电导率。本发明还提供了所述基于Ag-SrTiO₃电极的对称SOFC的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种基于Ag-SrTiO₃电极的对称SOFC，包括电解质、阴极和阳极，所述阴极和所述阳极分别涂覆于所述电解质两侧，所述电解质为Ce_0.8Gd_0.2O_1.9(GDC)，所述阴极和所述阳极均为Ag-SrTiO₃电极，所述Ag-SrTiO₃电极以粉体Ag-SrTiO₃为原料，所述粉体Ag-SrTiO₃是按照银占金属元素的质量比为5-20wt％将Ag⁺还原为纳米Ag颗粒修饰STO得到的。