[发明专利]钙钛矿型LSCM材料在固体氧化物电解池中的应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿型LSCM材料在固体氧化物电解池中的应用。本发明所述的钙钛矿型LSCM材料为La_xSr_1‑xCr_0.5Mn_0.5O_3‑δ，其中0.5≤x1，作为燃料极材料应用于固体氧化物电解池中，具有优良的氧离子和电子混合导电特性，并且在氧化或还原状态以及水蒸气、二氧化碳的电解气氛下可以长期保持结构的稳定性，其在CO₂和H₂O共电解过程中，表现出优异的共电解特性和抗积碳性能。

技术领域

本发明属于固体氧化物电解池领域，涉及一种钙钛矿型La_xSr_1-xCr_0.5Mn_0.5O_3-δ(LSCM)材料在固体氧化物电解池中的应用。

背景技术

固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cells,SOEC)作为一种将电能连续高效且无容量限制地转化为化学能的装置而受到全世界的广泛关注,其在高温下(700℃～900℃)下运行，电解制氢效率可接近100％，远高于现如今较为成熟且逐步商业化的碱性水电解(Alkaline Electrolysis Cells,AEC)和电解水制氢技术(Proton ExchangeMembrane Electrolysis Cells,PEMEC)。其中固体氧化物电解池(SOEC)的共电解技术，不仅可以实现无容量限制的储能，而且还可以将水和二氧化碳转化为燃料。固体氧化物电解池的燃料极的电极材料是共电解技术的瓶颈。SOEC的燃料极(氢电极)进气中水蒸气含量提高明显，此时燃料极所处的高温、高湿环境易引发传统的金属陶瓷燃料极颗粒团聚、粗化，导致燃料极极化的增加[Pihlatie,M；Kaiser,A.；Mogensen,M.,et al.Electricalconductivity of Ni-YSZcomposites；Degration due to Ni particle growth[J].SolidState lonics,2011,189(1):89-90]。又因CO₂的存在，电解后燃料极易发生积碳现象[Tao,Y,；Ebbesen,S.D；Mogensen,M.B.Degradation of solid oxide cellss during co-electrolysis of steam and carbon dioxide at high current densities[J].Journalof Power Sources,2016,328:452-462.]。在寻找合适的SOEC共电解燃料极材料过程中，钙钛矿氧化物因良好的催化活性和抗积碳性能受到了人们的关注，其通式为ABO₃。

中国专利CN 105130426 B使用具有高温化学稳定性的钛酸锶基燃料极材料替代Ni基金属陶瓷燃料极材料，但是只提高了高温时材料本身的结构稳定性，并没有提高燃料极材料防积碳的能力。中国专利CN 102731090 A公开了一种La、Cr共掺杂的钛酸锶燃料极材料，其具有高离子电导率，可以直接用于碳氢化合物固体氧化物燃料电池，但以钛酸锶为基体作固体氧化物电解池燃料极材料时对二氧化碳的催化能力相对较差，极化电阻在50Ω左右[马征.固体氧化物电解池新型陶瓷燃料极的制备和共电解性能研究[D].南京:南京理工大学，2021:63-64]，影响电池长期稳定性，因此需要寻找一种在还原氛围具有好的稳定性，且具有优异的抗硫、防积碳能力的燃料极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙钛矿型La_xSr_1-xCr_0.5Mn_0.5O_3-δ(LSCM)材料在固体氧化物电解池中的应用。

具体地，本发明所述的钙钛矿型La_xSr_1-xCr_0.5Mn_0.5O_3-δ材料作为固体氧化物电解池共电解燃料极材料，应用于固体氧化物电解池中。