[发明专利]钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料及其制备方法，该钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料的B位掺杂有Co元素及Fe元素，其化学式为YCo_xFe_1‑xO₃，其中，0＜x＜1，该钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料的表面光滑，且直径为300‑400nm，该阴极材料的比表面积高，对气体的接触面积大，能够高效完成对氧气分子的反应，同时便于氧离子与电子的传输，同时制备方法较为简单。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，涉及一种钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料气体(氢气，甲烷等)的化学能直接转化为电能的全固体组件能量转换装置，具有能量转换效率高、环境友好、无污染等突出优点，已成为备受瞩目的新能源技术。传统的SOFC一般在高温(1 000℃以上)工作，但是高温限制了电池材料的应用并且电池材料价格昂贵，长时间运行易老化，使其在应用中面临着许多困难，因而中温燃料电池的探索与应用(550～700℃)是目前研究的热点和发展方向。

中温下固体氧化物燃料电池总的损耗主要由阴极的极化所引起。随着运行温度的降低，电极尤其是阴极的氧离子与电子传递速率下降，氧气还原能力变弱，使得电极极化增加。与阳极氢气等燃料气的氧化反应相比，阴极的氧气的还原反应具有较高的反应活化能和较低的化学反应速率，氧气分子的扩散吸附与解离相比于阳极的氢气分子要复杂困难很多，因此中温固体氧化物燃料电池的关键在于阴极材料的选择与结构改进。

在中温固体氧化物燃料电池的研究中，YCo_xFe_1-xO₃(YCF，其中0≤x≤1)材料是一种产业化前景的阴极材料。YCF材料是在YFeO₃与YCoO₃的基础上，通过B位元素的掺杂，使其具有较高的离子与电子混合电导并且具有优异的氧气催化活性。此外，中温SOFC测试电池多使用氧化钆掺杂氧化铈(GDC)电解质，GDC电解质在中温下有很高的氧离子传导活性并且GDC电解质与YCF材料在中温下有较好的热匹配性与化学稳定性。

固体氧化物燃料电池的阴极性能不仅体现在接触氧气后的对氧气分子吸附解离还原的过程，同时体现在对氧离子与电子的快速传输。阴极的性能除了与阴极材料本身性质有关，阴极的微观结构也是影响阴极性能的关键。传统电极材料多使用微米颗粒堆叠结构，比表面积较低，对气体的接触面积小，无法高效的完成对氧气分子的反应，并且微米颗粒与颗粒之间存在着接触电阻，不利于氧离子与电子的传输。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料及其制备方法，该阴极材料的比表面积高，对气体的接触面积大，能够高效完成对氧气分子的反应，同时便于氧离子与电子的传输，同时制备方法较为简单。

为达到上述目的，本发明所述的钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料，该钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料的B位掺杂有Co元素及Fe元素，其化学式为YCo_xFe_1-xO₃，其中，0＜x＜1，该钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料的表面光滑，且直径为300-400nm。

本发明所述钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池纳米纤维阴极材料的制备方法包括以下步骤：