[发明专利]一种抗二氧化碳的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrFe_1‑xMn_xO_3‑δ；其中，0.05≤x≤0.5。本发明的阴极材料，通过低价元素在B位掺杂，使SrFeO_3‑δ材料在室温下从四方相转变至立方相，具有良好的氧还原催化活性，展现出优异的抗二氧化碳的稳定性，克服了常用阴极在含二氧化碳气氛中严重衰减的缺点，是一种优良的抗二氧化碳的固体氧化物燃料电池阴极材料。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是新一代清洁、高效的能量转换装置，它可以直接将化学能转换为电能，因其不受卡诺循环限制，具有较高的能量转换效率。阳极支撑型SOFC主要极化损失来自于阴极，因此阴极需要具备优异的氧还原反应(ORR)催化活性。经典的阴极材料，如Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ，La_0.6Sr_0.4Co_0.8Fe_0.2O_3-δ，Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ等都是具备优异性能的钴基材料，然而，钴基材料的缺点也非常明显，如热膨胀系数高，与电解质材料不匹配；价格昂贵，使电池制备成本提升；另外，这些钴基材料的化学稳定性较差。SOFC阴极在运行工况下，常处于空气环境中，易受到水蒸气和二氧化碳的腐蚀，导致性能的衰减，因此，发展无钴、高活性、高稳定性的阴极是目前该研究领域的热点。

立方相SrFeO_3-δ材料是一种优良的离子-电子混合导体材料，在透氧膜、氧传感器、氧泵和SOFC等领域都有广泛的应用。然而SrFeO_3-δ存在多种同质异晶结构，如立方相、四方相和正交相和钙铁石相等，并且纯SrFeO_3-δ不具备良好的抗二氧化碳性能，想要得到稳定的立方相SrFeO_3-δ材料是一个亟待解决的问题。

因此，发展新的掺杂手段，来提高材料结构的稳定性、催化活性和耐二氧化碳气氛迫在眉睫。

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固体氧化物燃料电池阴极材料，本发明提供的材料具有高的ORR催化活性和高二氧化碳耐受性。

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrFe_1-xMn_xO_3-δ；其中，0.05≤x≤0.5。

优选的，所述阴极材料为SrFe_0.9Mn_0.05O_3-δ或SrFe_0.9Mn_0.1O_3-δ。

本发明提供了一种上述技术方案任意一项所述的固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括：

A)将Sr盐、Mn盐和Fe盐溶于稀酸中，加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，调节pH值，搅拌反应，得到反应混合物；

B)将反应混合物继续加热，得到前驱体；

C)将前驱体煅烧，得到固体氧化物燃料电池阴极材料。

优选的，所述Sr盐为Sr(NO₃)₂、Mn盐为(CH₃COO)₂Mn·4H₂O、Fe盐为Fe(NO₃)₃·9H₂O；所述稀酸为10～30wt％的硝酸。