[发明专利]一种经修饰的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种经修饰的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法，属于燃料电池催化材料制备技术领域。其是将Er(NO₃)₃·5H₂O、Bi(NO₃)₃·5H₂O、络合剂与去离子水混合，经pH调整后不断搅拌使其充分溶解，然后将其进行加热，待溶液变成胶状时加入Sm_xCo_yFe_1‑yO_3‑δ阴极粉体（其中，x为0.9~1.1，y为0~1），继续加热搅拌得到凝胶，再将凝胶经干燥、煅烧，得到纳米结构的复合阴极材料。本发明工艺简单、稳定，可以以低制备成本获得纳米尺寸的复合阴极颗粒，所得复合阴极材料不仅兼具电子导电性与离子导电性，且其纳米结构显著提高了阴极的表面反应区域，从而表现出突出的电化学催化活性。

技术领域

本发明属于燃料电池催化材料制备技术领域，具体涉及一种经修饰的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种高效、环保的电化学发电装置，可将氢气、合成气、甲烷等燃料的化学能直接转化为电能（热电联供效率高达70-75%），避免了直接燃烧带来的NO_x、SO₂等污染物的排放。

阴极催化剂材料是SOFC的关键材料之一，对于SOFC的商业化具有非常重要的意义。阴极催化剂的电化学性能与其电催化活性、导电特性和微结构密切相关。阴极催化剂材料如果同时拥有电子和离子导电性，就可以使整个电极颗粒表面变成有效反应区，从而提升电池性能。对于只有电子导电属性的阴极催化剂材料，通过添加离子导电属性的电解质材料形成复合阴极，从而使阴极的反应区从电解质与阴极之间的界面处扩展到整个阴极区间。

Sm_xCo_yFe_1-yO_3-δ（SCF）是一种被广泛研究的SOFC阴极催化剂材料，具有很高的电子电导性，但是缺乏离子电导性。氧化铒稳定的氧化铋（Bi_0.8Er_0.2O_1.5，ESB）是一种潜在的SOFC电解质材料，具有很高的离子导电性和表面交换属性。将ESB加入SCF中形成复合阴极催化剂无疑将增加阴极的三相反应区域，提升其电化学催化活性。另外，如果可以使用某种合适的方法制备纳米结构的ESB-SCF复合阴极，将会大幅增加其三相反应区长度，提高电池输出性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种经修饰的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法。所得复合阴极材料不仅兼具电子导电性与离子导电性，同时其纳米结构显著提高了阴极的表面反应区域，进而极大增加了其电催化性能。并且，该制备方法工艺简单。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种经修饰的固体氧化物燃料电池阴极材料，其由修饰物内核Sm_xCo_yFe_1-yO_3-δ（其中，x为0.9~1.1，y为0~1），与修饰物外层纳米尺度的氧化铒稳定的氧化铋（Bi_0.8Er_0.2O_1.5，ESB）构成；其制备方法包含以下步骤：

（1）将Er(NO₃)₃·5H₂O、Bi(NO₃)₃·5H₂O、络合剂与去离子水混合，加入氨水调节pH至2~10，并不断搅拌使各成分充分溶解；

（2）将所得溶液加热至50~500℃以蒸发掉部分水分，待溶液变成胶状时加入阴极粉体Sm_xCo_yFe_1-yO_3-δ，继续加热搅拌直至得到凝胶；