[发明专利]一种固体氧化物电池的燃料电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种固体氧化物电池(Solid Oxide Cells，SOCs)燃料电极及其制备方法。该燃料电极由纳米改性氧化镍(Re‑Ni)O和纳米萤石氧化物(M_aCe_1‑a)_xO₂或(N_bZr_1‑b)_yO₂组成，Re，M，N＝La，Pr，Sm，Gd，Y中一种或几种，0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0.8≤x≤1，0.8≤y≤1，(Re‑Ni)O中，Re与Ni的摩尔比为20:80～1:99，(Re‑Ni)O和萤石氧化物的颗粒尺度范围50～500纳米，(Re‑Ni)O和萤石氧化物的质量比为40:60～60:40。该燃料电极通过一步燃烧法制备合成，改性氧化镍和萤石氧化物颗粒间紧密接触，界面稳定，提高了燃料电极性能和结构稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池和电解池领域，具体涉及一种固体氧化物电池燃料电极及制备方法。

背景技术

可逆固体氧化物电池(Reversible Solid Oxide Cell，RSOC)是一种绿色高效的全固态结构电化学能量转化装置。它既可以用作固体氧化物燃料电池(Solid Oxide FuelCell，SOFC)，在高温下将燃料的化学能不经过燃烧直接转变为电能；又可以用作固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)，将过剩的电能高效地转化为化学能进行储存。可逆固体氧化物电池具有广泛的应用前景。

RSOC的核心部件膜电极包括电解质、燃料电极和氧电极。金属-陶瓷复合物如Ni-YSZ是常用燃料电极。在燃料电池模式下长期运行时，特别是高电流密度下Ni颗粒会逐渐长大，导致燃料电极/电解质界面处活性位减少，引起电池性能衰减。在电解水模式下运行时，Ni颗粒容易挥发，以Ni(OH)₂物相沉积在燃料电极/电解质界面，阻碍氧离子界面传输，导致性能衰减。Ni颗粒在高湿环境下的挥发，与Ni颗粒和陶瓷氧化物相互作用较弱有关。目前，研究者主要通过开发新型陶瓷氧化物作为燃料电极如La_1-xSr_xCr_1-yMn_yO₃取代传统的Ni基燃料电极，以避免Ni颗粒挥发的问题。但陶瓷氧化物燃料电极的活性较差，较低的电化学性能在实际应用中不具备优势。因此，如何提升金属Ni颗粒与陶瓷氧化物间相互作用，对稳定燃料电极及燃料电极/电解质界面至关重要。

发明内容

本发明公开了一种固体氧化物电池(Solid Oxide Cells，SOCs)燃料电极及其制备方法。燃料电极由纳米改性氧化镍(Re-Ni)O和纳米萤石氧化物(M_aCe_1-a)_xO₂或(N_bZr_1-b)_yO₂组成，Re，M，N＝La，Pr，Sm，Gd，Y中一种或几种，0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0.8≤x≤1，0.8≤y≤1。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明一方面提供一种固体氧化物电池燃料电极材料，燃料电极由纳米改性氧化镍(Re-Ni)O和纳米萤石氧化物(M_aCe_1-a)_xO₂或(N_bZr_1-b)_yO₂组成，Re，M，N＝La，Pr，Sm，Gd，Y中一种或几种，0≤a≤0.5，0≤b≤0.5，0.8≤x≤1，0.8≤y≤1。

基于以上技术方案，优选的，所述燃料电极的改性氧化镍(Re-Ni)O中，Re与Ni的摩尔比为20:80～1:99。