[发明专利]一种催化剂在中温固体氧化物燃料电池阴极中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及到燃料电池领域，具体涉及一种催化剂在中温固体氧化物燃料电池阴极中的应用，使中温固体氧化物燃料电池阴极活性提高。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将化学能转化成电能的装置，具有能量利用率高、可选择的燃料范围广、对环境友好等特点，是最具有发展潜力的燃料电池。当SOFC的操作温度降低时，会带来很多好处，如改善了系统的稳定性、降低了制造成本等，所以降低SOFC的操作温度是目前SOFC领域的发展趋势和研究热点。Scott A.Barnett等人在《Solid StateIonics》(Solid State Ionics，93，207-217，1997)中指出，阴极的极化电阻是影响电池性能的主要因素。

一般提高中温固体氧化物燃料电池阴极活性的方法：采用新的阴极材料或优化阴极结构。如专利CN101267038A中介绍了一种新型的阴极材料(Ba_0.6Sr_0.4)_1-xLa_xCo_0.85Ti_0.15O_3-δ，0.05≤x≤0.15，在低温区具有很高的电导率和热稳定性。专利CN101599546A中介绍了向LSM中掺杂一定量的钛或钪元素后，在650℃的性能得到提高。专利CN101083324A中介绍了将阴极材料浸渍到具有三维孔隙的电解质上，优化了阴极的结构，电池性能得到了提高。

以上专利发明的新材料和方法，应用到中温固体氧化物燃料电池的阴极中，电池的性能提高并不高，而且电池的稳定性不好。T.Z.Sholklapper等人在《Nano Letters》(Nano Lett.，Vol.7，No.7，2007)中指出向LSM-YSZ复合阴极中浸渍YDC纳米颗粒后，使电极形成很好的网络结构，同时YDC具有较高的离子电导率，从而促进了电池性能的提高。向阴极中添加SDC、GDC、YDC主要是通过改变电极结构和其高离子电导率来增加电池性能。而将CeO₂与过渡元素复合制备成固溶体，利用其催化性能提高氧的还原，在燃料电池领域目前尚无报道。在催化领域，J.等人在《CatalystToday》(Catalysis Today，50，285-298，1999)中指出CeO₂基复合氧化物是很好的汽车尾气处理三效催化剂，能够通过Ce³⁺/Ce⁴⁺之间的相互转化来存储释放氧，向CeO₂中掺杂过渡元素后，能够提高其储放氧的能力，增加其催化活性。本发明就是将CeO₂与过渡元素复合制备成固溶体，利用其催化活化氧的性质来修饰电池的阴极，从而提高阴极活性，此发明具有很大的实用价值。

发明内容

本发明提供了一种催化剂在中温固体氧化物燃料电池阴极中的应用。该催化剂应用到复合阴极中，能够加速氧的吸附解离和氧物种的传递，从而提高电池的性能。

本发明的技术方案如下：

一种催化剂在中温固体氧化物燃料电池阴极中的应用，

所述催化剂的活性成份为Ce_1-xM_xO_2-δ，其中M＝Fe、Co、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo中的一种或二种以上；x＝0.05-0.5，0.5≥δ≥0；

所述催化剂添加于中温固体氧化物燃料电池LSM-YSZ复合阴极中，可提高中温固体氧化物燃料电池阴极活性，其于阴极中的重量含量为2-30％。

活性组成中M的含量占5-10％，按摩尔百分比计；所述催化剂于阴极中的重量含量为10-20％。

所述LSM-YSZ复合阴极，其中LSM为La_1-xSr_xMnO₃(1＞x＞0)；YSZ为8mol％Y₂O₃稳定的ZrO₂；LSM与YSZ的质量比为1-3。

此催化剂可采用柠檬酸法、水热合成法、甘氨酸法、共沉淀法制备。

本发明的催化剂修饰复合阴极的方法如下：

采用机械混合、硝酸盐浸渍、溶胶浸渍、蒸汽沉积或高温固相扩散方法来修饰电池阴极。

本发明的优点在于：