[发明专利]一种锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池及其应用

说明书

一种锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法，其特征在于采用钙和/或锶对锰酸镧基阴极材料进行掺杂提高阴极材料的电化学活性及其与电解质材料的化学相容性，从而获得适合的阴极材料，降低钙钛矿型阴极材料与电解质材料的反应；采用水热合成法制备纳米级掺杂的氧化锆基电解质材料，降低电解质膜的烧结温度，制备高分散的纳米级掺杂的氧化锆基电解质浆料，采用浆料涂膜法制备电解质膜，在1100‑1300℃之间将电解质膜烧结致密，再采用丝网印刷或涂膜法制备复合阳极，成功制备阴极支撑型固体氧化物燃料电池。本方法具有成本低，简单易于放大，制备的阴极支撑电池具有性能高、稳定性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物燃料电池及其制备方法，具体的说是一种锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法。其特征在于采用低成本的浆料涂膜法制备锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池，本方法具有成本低，简单易于放大，制备的阴极支撑电池具有性能高、稳定性好等特点，本发明对于实现阴极支撑固体氧化物燃料电池的实用化和商业化具有重要的意义。

背景技术

固体氧化物燃料电池是将化学能直接转化为电能的能量转换装置，采用全固态结构，具有发电效率高、可直接采用天然气等碳氢化合物为燃料、应用范围广等特点，是理想的分散发电和集中电站技术，也可应用于车辆辅助电源、便携式电源等。

固体氧化物燃料电池主要是由阴极、电解质膜、阳极三部分组成。目前阳极主要采用的是Ni-YSZ多孔金属陶瓷，实现阳极的气体传质、电子传导、离子传导、催化重整和电催化反应等功能。电解质通常采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)，也可以是掺杂的氧化铈、氧化钪稳定的氧化锆(ScSZ)、掺杂的镓酸镧(LSGM)等。阴极电催化剂一般采用钙钛矿氧化物与电解质材料构成复合阴极，如广泛使用的锰酸镧基复合阴极，也可以是钴酸镧、钴酸锶钐等钙钛矿。

阴极支撑型固体氧化物燃料电池机械强度好,热循环性能高,技术要求高,易于移动、组装、管理,但因为阴极材料在高温下容易与电解质材料发生反应，电池通常采用化学气相沉积(CVD，Chemical vapor deposition)、电化学气相沉积(EVD，Electrical vapordeposition)、等离子喷涂(Plasma Spray Coatings)等昂贵的方法制备致密的电解质膜，导致阴极支撑固体氧化物燃料电池的制造成本很高。为降低电池制造成本，各大公司都在不断的改进电池制备工艺，西门子西屋公司由传统的EVD技术制备电解质膜和阳极而改为阳极采用浆料涂膜方法制备，而日本TOTO公司则在不断地改进电解质薄膜的制备工艺，由昂贵的气相沉积CVD、EVD制备电解质膜，改为等离子喷涂，进一步降低成本采用浆料法制备电解质膜。但制造成本仍然很高，因此采用低成本的湿化学法制备阴极支撑固体氧化物燃料电池具有重要的现实意义。本发明在于提供一种低成本的浆料涂膜制备技术，成功制备了阴极支撑固体氧化物燃料电池，其对于实现阴极支撑固体氧化物燃料电池的实用化和商业化具有重要的意义。

发明内容

一种锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池及其制备方法，其特征在于采用钙和/或锶对锰酸镧基阴极材料进行掺杂，提高阴极材料的电化学活性及其与电解质材料的化学相容性，从而获得适合的阴极材料，降低钙钛矿型阴极材料与电解质材料的反应；采用水热合成法制备纳米级掺杂的氧化锆基电解质材料，降低电解质膜的烧结温度，制备高分散的纳米级掺杂的氧化锆基电解质浆料，采用浆料涂膜法制备电解质涂层，在1100-1300℃之间烧结致密电解质膜；采用丝网印刷或涂膜法制备复合阳极，成功制备阴极支撑型固体氧化物燃料电池。

锰酸镧基阴极支撑固体氧化物燃料电池制备方法:

复合阴极的制备：采用钙和/或锶对锰酸镧基阴极材料进行掺杂制备La_(1-x)E_yMnO₃阴极材料，其中E为钙和/或锶,0≦x≦0.4，0≦y≦0.4。将制备La_(1-x)E_yMnO₃阴极材料与掺杂的氧化锆混合球磨，得到复合阴极材料。