[发明专利]固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法。所述的固体氧化物燃料电池阳极材料为氧化钆掺杂氧化铈包覆的钙钛矿型钛酸锶氧化物粉体，通过溶胶凝胶法，将30～50wt％的GDC包覆在钙钛矿阳极前驱粉体上。本发明的燃料电池阳极材料，通过混入GDC，提升了阳极材料的氧离子传导能力，使得阳极材料的三相界面面积提升，并且在还原气氛下结构稳定且具备高导电性及抗积碳。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，涉及一种固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)作为一种新型的清洁环保的发电装置，是解决传统化石燃料能源问题的有效途径。含2个及以上的不同阳离子的氧化物被称为复合氧化物。它与简单的氧化物相比有不同的性质，且结构多样。钙钛矿型氧化物结构可以用ABO₃来表示，其中A和B代表两种不同的阳离子。由于结构与化学组成的多样性，钙钛矿型氧化物展现出多种多样的性能，例如在反应中具有良好的催化性能、良好的混合离子电子导电性能等。目前主要采用固相合成的方法来制备钙钛矿型氧化物。但是以Ni-YSZ为主的Ni基阳极在使用碳氢燃料时长期运行容易积碳。采用掺杂的(La,Sr)CrO₃等钙钛矿氧化物材料来替代Ni可以在一定程度上提高SOFC阳极的运行的稳定性，但这些材料一般对燃料的催化活性低，导致电池性能较差。所以开发电化学性能优秀的钙钛矿氧化物阳极材料是解决SOFC运行高效稳定的有效方法。

溶液浸渍法是一种有效提高阳极电化学性能的手段，其原理是通过溶液溶解高活性的催化剂，然后滴涂在阳极支撑体上，进而负载在阳极的支撑骨架上，从而提升性能。但是其工艺复杂、时间长，并很难保证均匀分散负载在阳极骨架上，并且长时间在还原气氛的环境下运行，纳米颗粒催化剂会发生团聚，反应性能下降。采用脱溶的方法可以很简单地使得具有氧化催化的金属颗粒从钙钛矿骨架上析出。但是需要确保材料在氢气下的稳定性。

对于固体氧化物燃料电池阳极材料而言，其多孔阳极由离子和电子导体组成。离子和电子导电性可以来自单相或离子导电相和电子导电相的复合。这三个相位的交点称为三相边界(TPB)。它是阳极的关键部分，是阳极电化学反应场所，需要精细的微观结构才能提供良好的性能，反应三相界面相对越大，电化学性能越好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单易得，且与电解质结合紧密的固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

固体氧化物燃料电池阳极材料，为氧化钆掺杂氧化铈(GDC)包覆的钙钛矿型钛酸锶氧化物粉体，所述的钙钛矿型钛酸锶氧化物的通式为A_1-xB_1-y-zB’_yB”_zO₃，其中，A位缺陷，B位掺杂，A选自锶、钙或钡，B为钛或铬，B’和B”为锰、铁、钴、镍、钪、铌和钼中的分别的两种，0＜x≤0.04，0＜y≤0.7，0＜z≤0.1，所述的氧化钆掺杂氧化铈的通式为Ce_0.9Gd_0.1O_2-m，0＜m≤0.05。

本发明还提供上述固体氧化物电池阳极材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，按金属离子数：乙二醇：柠檬酸＝1：1.2：1.5的摩尔比，将Ce(NO₃)₃·6H₂O、Gd(NO₃)₃·6H₂O、乙二醇和柠檬酸混合，溶解在水中得到混合溶液；

步骤2，通过溶胶凝胶法，按GDC在GDC包覆的钙钛矿型钛酸锶氧化物粉体中的含量为30～50wt％，将SrTiO₃基钙钛矿前驱粉体加入到混合溶液中，加热搅拌，蒸干直至燃烧，再将燃烧后的粉体于400～600℃和空气气氛下煅烧6±0.5小时，煅烧结束后，球磨；