[发明专利]掺杂Mn-Co尖晶石复合纳米材料及其低温烧结方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种尖晶石复合纳米材料的低温烧结方法及其应用，尤其涉及一种掺杂的 Mn-Co尖晶石复合纳米材料、其低温烧结方法及其应用，属能源材料领域。

背景技术

燃料电池作为一种新型能源技术，具有高效、清洁、安全可靠等诸多优点。固体氧化 物燃料电池(SOFC)除了具有高效与环境友好等燃料电池的共同优点外，由于其全固态特 性，使其设计更灵活，操作更方便、且更安全可靠。其中板式SOFC具有结构紧凑、体积 功率密度高、制备工艺相对简单等优点，成为国内外SOFC研发的主流。随着SOFC工作 温度的降低，成本低廉的合金连接板的应用已具备可能性。合金连接板的价廉、容易加工、 高电导与高热导等特性对SOFC电堆的成本降低和应力缓和等十分有利。但合金连接板在 高温条件下长时间工作时，在氧化气一侧的表面生成的电导率较低的氧化层会逐渐增厚， 电池内阻逐渐增加，导致电池性能及稳定性下降。同时，合金氧化层的热膨胀系数与合金 的不匹配性会导致它们与合金脱层，进而使接触电阻显著增加。因此，必须对合金进行表 面涂层，降低铬及氧的扩散系数以控制氧化层的增长速率，从而保证SOFC工作条件下电 池性能的稳定性。

目前，金属连接板所使用的涂层材料主要包括单一金属氧化物、钙钛矿结构复合氧化 物及尖晶石结构复合氧化物。如通过采用一些金属元素(如镧、钕或钇)的有机化合物， 并通过金属有机化学气相沉积法可对合金表面进行涂膜，膜的厚度仅为100-200nm[Fontana S，et al.Journal of Power Sources，2007，171：652]。另外，可采用一些钙钛矿结构复合氧化物 (如La_0.8Sr_0.2CrO₃，La_0.8Sr_0.2MnO₃，La_0.8Sr_0.2FeO₃，La_0.8Sr_0.2Co_0.2Fe_0.8O₃，La_0.8Sr_0.2CoO₃等) 作为涂膜材料，通过采用射频溅射方法[Yang Z G，et al.Journal of Electrochemical Society， 2006，153(10)：A1852]，或等离子喷涂的方法[Lim D P，et al.Surface & Coatings Technology， 2005，200：1248]，可获得性能优异的涂膜。第一种方法当反应元素材料涂膜并高温烧结后形 成的金属氧化物(如La₂O₃，Nd₂O₃，或Y₂O₃)本身电阻率较高。同时，由于涂膜较薄，难以防 止Cr氧化物的进一步扩散挥发。第二类钙钛矿结构材料，具有相对较高的电子电导率，但 由于这些材料在较低的烧结温度(如≤1000℃)很难烧结致密，因此必须采用更加昂贵的成 膜方法。Mn_1+xCo_2-xO₄(0≤x≤1)系列尖晶石结构复合氧化物除了具有与钙钛矿类涂膜材料相 近的电子电导率外，还具有相对较好的烧结活性，为利用成本低廉的烧结手段成膜创造了 条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂的Mn-Co尖晶石复合纳米材料，该材料呈尖晶石结构， 具有良好的导电性能。

本发明的再一目的是提供上述掺杂的Mn-Co尖晶石复合纳米粉体材料的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种尖晶石复合纳米粉体材料的烧结料。

本发明的再一目的是提供一种尖晶石复合纳米粉体材料的烧结料的低温烧结方法。

本发明的再一目的是提供上述掺杂的Mn-Co尖晶石复合纳米粉体材料的用途。