[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于燃料电池材料技术领域，特别涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，从化学组成上，所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的化学式为x[La_0.85Sr_0.15MnO_3‑δ]·(1‑x)[Bi₂CuO₄]，x＝40wt.％～70wt.％。实施例结果表明，以本发明提供的中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料为阴极材料制备得到的对称电池，在700℃时的极化电阻R_P仅为0.13Ω·cm²；制备得到的阳极支撑型单电池，在700℃的最大输出功率高达661mW/cm²，中温条件下表现出了优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于燃料电池材料技术领域，特别涉及一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料及其制备方法和应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料的化学能直接转换成电能的发电装置，具有能量转换效率高、燃料适用范围广、污染物排放量低等优点。近年来，人们普遍认为降低操作温度是实现SOFC商业化的关键，降低电池操作温度不仅可以有效地降低各个部件的老化速率、提高SOFC的稳定性、延长使用寿命，还可以使用廉价的不锈钢金属材料作为连接材料，大大降低成本。因此，降低操作温度(800℃)已成为SOFC的主要研究方向之一。

阴极是SOFC的重要组件之一，它为氧的还原提供电化学反应场所，其性能的好坏直接影响了整个电池的性能。传统的SOFC阴极材料--锰酸锶镧(La,Sr)MnO₃，由于具有高结构化学稳定性和高电子电导率等优点，仍然是目前最为常用的高温(800℃)SOFC阴极材料。但是，其可忽略不计的离子导电率和高的氧还原反应活化能又使得该类阴极材料对氧还原反应的催化能力会随着温度的降低急剧下降，阴极阻抗迅速增大，无法适应中低温(800℃)操作环境并提供优良的电化学性能。

常用的一种提高(La,Sr)MnO₃阴极的电化学性能的方法是在(La,Sr)MnO₃中加入一定量的离子导体材料。离子导电相的加入提高了阴极材料的氧离子电导性，扩展了阴极内的三相界面反应区域，但是电化学性能仍难以满足在中低温条件下固体氧化物燃料电池的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，在中温条件下表现出了优良的电化学性能；本发明还提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法和应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，从化学组成上，所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的化学式为x[La_0.85Sr_0.15MnO_3-δ]·(1-x)[Bi₂CuO₄]，x＝40wt.％～70wt.％。

优选的，所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料中的La_0.85Sr_0.15MnO_3-δ具有钙钛矿结构；所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料中的Bi₂CuO₄具有尖晶石结构。

本发明还提供了上述技术方案所述中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供Bi₂CuO₄粉体；

将La_0.85Sr_0.15MnO_3-δ粉体与Bi₂CuO₄粉体混合球磨，得到球磨料；