[发明专利]一种改性固体氧化物燃料电池电极及其原位溶剂热制备方法、固体氧化物燃料电池

说明书

本发明提供了一种改性固体氧化物燃料电池电极，包括固体氧化物燃料电池电极和复合在所述固体氧化物燃料电池电极上的修饰相纳米颗粒；所述修饰相纳米颗粒的材料包括单金属氧化物、掺杂的金属氧化物和钙钛矿型催化材料中的一种或多种。本发明采用溶剂热的方法进行改性，在固体氧化物燃料电池表面进行原位生长修饰相纳米颗粒，得到了具有特定的微观形貌和结构的改性电极。经过改性后的电极极化阻抗有明显的下降，电池的输出功率有明显提升，而且该制备方法工艺简单，容易操作，形貌可控性好，反应温度低，能耗低，是一种可行性较强的原位改性固体氧化物燃料电池电极的制备方法。

技术领域

本发明属于固体氧化燃料电池电极技术领域，涉及一种改性固体氧化物燃料电池电极及其制备方法、固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种改性固体氧化物燃料电池电极及其原位溶剂热制备方法、固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)属于第三代燃料电池，是一种在中高温下将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置，其高效率、无污染、全固态结构和对多种燃料气体的广泛适应性等，是其广泛应用的基础。在所有的燃料电池中，SOFC的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。由于SOFC发电的排气有很高的温度，具有较高的利用价值，可以提供天然气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组成的联合发电系统不但具有较高的发电效率，同时也具有低污染的环境效益，燃料适应性广、能量转换效率高、全固态、模块化组装、零污染等优点，可以直接使用氢气、一氧化碳、天然气、液化气、煤气及生物质气等多种碳氢燃料。为了满足社会经济和生态的可持续发展，减少二氧化碳的排放，降低化石燃料的消耗，开发可再生清洁能源的固体氧化物燃料电池一直是领域内技术研究的热点，其不受卡诺循环的限制，能量转化效率能达到60％以上；而且体积小、噪声低、无污染、可用燃料多样、可供热点联供等特点，在集中式发电、分布式发电、辅助电源、热电联供方面有广泛的应用潜力，在节能减排、促进国家能源结构改变上具有重要的意义，以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源，都有广阔的应用前景。

固体氧化物燃料电池单体主要组成部分由电解质、阳极或燃料极、阴极或空气极和连接体或双极板组成。固体氧化物燃料电池的工作原理与其他燃料电池相同，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。然而传统的固体氧化物燃料电池在800～1000℃的高温下运行，但是如此高的温度对材料的耐高温性能提出了极高的要求。所以把固体氧化物燃料电池的运行温度降低到600～800℃的中温区间，可以极大程度地降低成本，延长材料和电池的使用寿命，提高固体氧化物燃料电池的商业竞争力。然而随着温度的降低，电池阴极的阻抗会大大升高，使得电池性能大幅度衰减。近年来，通过溶液浸渍方法在电极表面修饰纳米颗粒是一种常用的电池电极的改性方法，可以在不改变材料体系的前提下降低电极的极化阻抗。然而溶液浸渍法往往需要重复浸渍，步骤复杂，而且浸渍后需要在相对较高的温度下烧结，这会对电极本身造成损害，能耗较大，耗费时间较长。

因此，如何更好的更加便利的对固体氧化物燃料电池电极进行改性，适于工业化应用，降低其极化电阻同时又不影响电池性能，具有重要的现实意义，也是本领域诸多具有前瞻性的研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种改性固体氧化物燃料电池复合电极及其制备方法、固体氧化物燃料电池，特别是改性固体氧化物燃料电池电极的原位溶剂热制备方法，本发明提供的改性固体氧化物燃料电池复合电极具有特定的形貌结构，而且通过溶剂热法制备，工艺简单，容易操作，形貌可控，更加适于工业化推广和应用，经过改性后的电极极化阻抗有明显的下降，电池的输出功率有明显提升。