[发明专利]固体氧化物燃料电池用材料、含该材料的阴极及燃料电池

说明书

技术领域

本公开内容涉及固体氧化物燃料电池用材料、包括该材料的阴极、以及包括该材料的固体氧化物燃料电池，并且更具体地，涉及包括掺杂有过渡金属元素和/或镧系元素的钙钛矿型氧化物的材料、以及包括其的阴极和固体氧化物燃料电池。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是将燃料气体的化学能直接转化为电能的高效且环境友好的电化学发电技术。当与其它燃料电池相比时，SOFC具有许多优点例如相对低价格的材料、对燃料中杂质相对高的耐受性、混合发电能力、以及高效率。而且，基于烃的燃料可直接使用，而无需将所述燃料重整为氢气，使得简单且低价格的燃料电池系统是可能的。SOFC由其中将燃料例如氢气或烃氧化的阳极、其中将氧气还原为氧离子(O^2-)的阴极、和其中传导氧离子的陶瓷固体电解质组成。

由于典型的SOFC在约800℃～约1000℃的高温下运行，其具有以下限制：必须使用需要经得住高温的高温合金或昂贵的陶瓷材料，并且SOFC具有长的初始系统启动时间和随着长期运行降低的材料耐用性。进一步的附带限制是总成本升高，这是商业化的最大障碍。

因此，已经进行了许多研究以将SOFC的运行温度降低至约800℃或更低。然而，运行温度的降低导致SOFC材料的电阻的迅速升高，这最终变为使SOFC的功率密度降低的主要原因。因此，已经在全世界尝试降低阴极材料的电阻，因为SOFC运行温度的降低大大影响阴极电阻值。

发明内容

提供固体氧化物燃料电池用材料，其包括掺杂有过渡金属元素和/或镧系元素的钙钛矿型氧化物。

提供包括所述材料的固体氧化物燃料电池用阴极。

提供包括所述材料的固体氧化物燃料电池。

另外的方面将部分地在以下描述中阐述，并且部分地将由所述描述明晰，或者可通过所呈现实施方式的实践获知。

根据本发明的一方面，提供包括以下化学式1的化合物的固体氧化物燃料电池用材料：

[化学式1]

Ba_aSr_bCo_xFe_yB_1-x-yO_3-δ

其中，B表示过渡金属元素或镧系元素的至少一种，a和b分别在0.4≤a≤0.6和0.4≤b≤0.6的范围内，并且x、y和δ分别在0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，x+y＜1和0.1≤δ≤0.4的范围内。

根据本发明的另一方面，提供包括所述固体氧化物燃料电池用材料的固体氧化物燃料电池用阴极。

所述固体氧化物燃料电池用阴极具有包括所述固体氧化物燃料电池用材料和额外层的多层结构，并且所述额外层可包括具有钙钛矿型晶体结构的镧系元素金属氧化物。

根据本发明的另一方面，提供固体氧化物燃料电池，其包括所述阴极、阳极、以及设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质。

所述固体氧化物燃料电池可进一步包括设置在所述阴极和所述电解质之间以防止或抑制其间的反应的第一功能层。

所述第一功能层可包括选自如下的至少一种：钆掺杂的二氧化铈(GDC)、钐掺杂的二氧化铈(SDC)、和钇掺杂的二氧化铈(YDC)。

根据本发明的另一方面，提供固体氧化物燃料电池，其包括：阴极、阳极、设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质、以及设置在所述阴极和所述电解质之间且包括所述固体氧化物燃料电池用材料的第二功能层。

附图说明

由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：

图1是说明根据本发明一个实施方式的包括材料层的半电池的横截面图；

图2为说明根据本发明另一实施方式的包括材料层的半电池的横截面图；

图3A和3B分别显示由实施例1获得的阴极层材料的扫描电子显微镜(SEM)图像；和

图4显示由实施例1获得的试验电池的横截面SEM图像。

具体实施方式

现在将详细介绍实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式以解释本发明的各方面。

下文中，将详细描述根据本发明一个实施方式的固体氧化物燃料电池用材料。