[发明专利]一种固体氧化物电解池阴极材料、制备方法及应用

说明书

本发明属于电解池新材料和新能源技术领域，公开了一种固体氧化物电解池阴极材料、制备方法及应用，固体氧化物电解池阴极材料为La_0.9Sr_0.1Fe_0.9Nb_0.1O_3‑δ。制备方法包括：在LaFeO₃的B位掺杂高价元素Nb⁵⁺；在LaFeO₃的A位掺杂Sr²⁺代替部分的La³⁺，促使B位部分Fe³⁺转化为Fe⁴⁺，产生电荷补偿效应，提升氧空位浓度。本发明提升了固体氧化物电解池阴极的氧化还原稳定性，新材料更适合在固体氧化物电解池阴极侧高温高湿的环境下工作。本发明提升了阴极材料的催化活性。本发明提升了固体氧化物电解池高温电解水蒸气、二氧化碳及水蒸气和二氧化碳共电解的综合电化学性能。

技术领域

本发明属于电解池新材料和新能源技术领域，尤其涉及一种固体氧化物电解池阴极材料、制备方法及应用。

背景技术

目前，固体氧化物电解池关键材料是能源材料领域中的研究热点。在固体氧化物电解池中，阴极材料直接影响了电极反应动力学过程，当前阴极多为传统的Ni-YSZ复合材料。但是，该材料在应用中存在一些尚未解决的问题，如低温下离子电导率低、高温下Ni颗粒团聚、Ni高温挥发、易受多种杂质元素影响等。针对Ni-YSZ材料，研究人员曾给出多种优化方案，虽然在一定程度上解决了Ni-YSZ材料存在的问题，但是都不可避免的引入了其他问题，无法从根本上改变材料的固有属性。

现有技术一：CN201410578396.8用于固体氧化物电解池的阴极材料及其应用。本发明提供了用于固体氧化物电解池的阴极材料及其应用，该用于固体氧化物电解池的阴极材料的化学组成为Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ，其中，0≤x≤1.0，M为选自Mg、Zn、Ni、Co、Cu和Mn的至少一种，并且所述用于固体氧化物电解池的阴极材料中不含有SrMoO₃相。该用于固体氧化物电解池的阴极材料中不含SrMoO₃相，为单一的钙钛矿相结构，能够有效解决由于SrMoO₃杂相的存在而使得Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ的电化学性能不理想的问题，本发明的该阴极材料具有良好的电化学性能，能够有效提高固体氧化物电解池的制氢效率。

现有技术二：CN201410575683.3固体氧化物电解池阴极材料及其制备方法和应用。本发明提供了固体氧化物电解池阴极材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)提供凝胶；(2)将凝胶加热至燃烧，以便获得燃烧产物；(3)将燃烧产物进行研磨，以便获得燃烧粉体；(4)将燃烧粉体进行预烧，以便获得经过预烧的粉体；(5)将经过预烧的粉体进行煅烧，以便获得所述固体氧化物电解池阴极材料。通过该方法能够快速有效地制备获得化学组成为Sr₂Fe_1-xM_xMoO_6-δ的固体氧化物电解池阴极材料，且通过两段煅烧法，可以有效消除SrMoO₃杂相，得到单一的钙钛矿相产物，得到的产物粒径较小，电导率较高。另外，得到的固体氧化物电解池阴极材料的热膨胀系数与LSGM接近，与性能优良的电解质材料的热膨胀匹配性良好。

现有技术三：CN201910539721.2一种基于羟基胺阳离子的卤化物钙钛矿材料及其应用。本发明属于半导体材料技术领域，更具体地，涉及一种基于羟基胺阳离子的卤化物钙钛矿材料及应用。本发明公开的新型的可用于卤化物钙钛矿材料A位的如式(一)所示的羟基胺阳离子以及基于这类材料的卤化物钙钛矿材料：其中，R1和R2各自独立地为氢H、甲基CH₃，氨基NH₂，羟基OH，卤代基F、Cl、Br、I或氰基CN，且R1和R2不同时为氢H。拓展了卤化物钙钛矿材组分与性能设计调控的灵活性，同时羟基胺阳离子中羟基的存在可以赋予卤化物钙钛矿材料更多的有机材料特性。