[发明专利]一种氧化物陶瓷电解质复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种氧化物陶瓷电解质复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的氧化物陶瓷电解质复合材料中采用双钙钛矿阳极材料Sr₂MgMoO₆(SMMO)的钙钛矿结构可以形成氧空缺，从而具有良好的氧离子传输性能，Mo原子位点易于形成主要的催化反应中心，而且具有更高的抗硫、抗积碳性能和高温稳定性，能减少Ni在碳氢燃料气因产生碳积累和硫中毒而失去催化活性的问题，从而提高催化活性；在SMMO结构中Mo离子是混合价态，具有良好的电子导电能力，从而提高氧化物陶瓷电解质复合材料的电导率。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种氧化物陶瓷电解质复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

固体氧化物燃料电池(solid-oxide fuel cells，SOFC)是一种可将氢气、碳氢化合物等燃料的化学能直接转化为电能的电化学反应器，具有高效的能量转化效率，同时还具有污染小和燃料灵活等优点，是一种极具应用潜力的新型发电装置。传统SOFC的工作温度高达1000℃，这对电池材料及其附属设备的要求极高，而且导致电池组件之间的兼容性差，电池的构造及运行维护成本高的问题。降低SOFC的工作温度将有利于改善电池组成材料的适配性、延长电池的使用寿命和降低运行成本。因此，中低温技术(500～800℃)成为现代SOFC研究的热点。

在当前的中低温技术中，阳极功能组分仍采用传统的金属-陶瓷复合材料，如Ni-YSZ(Y_2xZr_1-2xO_2-x)或Ni-SDC(Ce_1-xSm_xO_2-δ)，其催化组分Ni微晶颗粒是NiO经燃料气还原后得到的，金属-陶瓷复合材料中陶瓷组分为多孔电解质。在金属-电解质陶瓷复合阳极材料中，电解质组分的主要作用是分散催化组分，且因其具有良好的氧离子传输性能能够增大“燃料气-电极-电解质”三相反应界面，从而增大阳极反应速度。然而，陶瓷电解质的引入，也带来了明显的缺陷和不足。陶瓷电解质的引入在一定程度上不可避免地牺牲部分Ni催化剂的催化性能，这是由于相比于金属Ni，陶瓷组分电子电导率极低，不利于阳极电流的收集，从而不利于降低电极欧姆电阻，进而导致金属-陶瓷复合阳极材料的催化活性和电导率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧化物陶瓷电解质复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的氧化物陶瓷电解质复合材料具有高的催化活性和电导率。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种氧化物陶瓷电解质复合材料，包括共混的NiO和Sr₂MgMoO₆，所述Sr₂MgMoO₆的质量为所述氧化物陶瓷电解质复合材料质量的[20％，100％)，所述NiO的质量为所述氧化物陶瓷电解质复合材料质量的(0，80％]；所述Sr₂MgMoO₆为单斜结构，所述Sr₂MgMoO₆的空间群为P2₁/n，所述Sr₂MgMoO₆中Mo包括Mo⁶⁺和Mo⁵⁺。

本发明还提供了上述技术方案所述氧化物陶瓷电解质复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将镁盐、锶盐、钼盐、络合剂和碱性溶液混合，依次进行络合反应和干燥，得到干凝胶；

将所述干凝胶依次进行煅烧和退火，得到Sr₂MgMoO₆；

将所述Sr₂MgMoO₆和NiO混合，进行球磨，得到氧化物陶瓷电解质复合材料。

优选的，所述镁盐、锶盐和钼盐的摩尔比为1∶2∶1。