[发明专利]一维纳米纤维状SSC阴极材料及其制备方法、利用该阴极材料的复合阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴极材料、阴极及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为传统能源系统的取代物之一，它是由固体电解质、阳极(燃料极)、阴极(空气极)、连接体或双极板和密封材料等组成的将化学能直接转化成电能的全固态化学发电装置。SOFC具有低能耗生产价值，清洁高效的能源利用率和环境污染最小化等特点，这些独特的优势使SOFC成为具有一定吸引力的能源系统。

固体氧化物燃料电池的阴极又称空气电极，是外部电子传导回路的电子接收体，是空气中的氧与电子反应的场所。O₂在阴极形成的O^2-通过固体电解质(O^2-离子传导体)传输到阳极与燃料反应，由此SOFC完成了将化学能直接转换成电能的过程。可见，高性能阴极材料的制备十分重要。含钴钙钛矿氧化物由于离子电子混合传导性受到人们的广泛关注。Sr掺杂SmCoO₃在600℃～1000℃温度范围内表现出很好的阴极性能。

添加掺杂氧化铈来提高SSC多孔阴极的电化学性能，它可抑制SSC颗粒的长大，因此掺杂氧化铈可维持SSC的多孔性以增大三相界面。通过优化每一个固体相颗粒的传导性和尺寸分布使三相界面接触面积增大以利于氧化还原的发生。添加氧化铈到SSC阴极被认为是有利于缩小电解质和阴极间的热膨胀系数的差距，SSC与氧化铈电解质有很好的化学和物理相容性。可见，以氧化铈电解质为基础的SSC复合阴极材料可考虑作为中低温SOFC的阴极材料。但是由于现有固体氧化物燃料电池阴极制备技术的不足，导致制备的阴极界面极化阻抗大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备的阴极界面极化阻抗大的技术问题，提供了一维纳米纤维状SSC阴极材料及其制备方法、利用该阴极材料的复合阴极及其制备方法。

一维纳米纤维状阴极材料的化学式为Sm_1-xSr_xCoO_3-δ，其中0≤x≤1，所述的一维纳米纤维状阴极材料的结构为一维纳米纤维状。

一维纳米纤维状阴极材料的制备方法如下：

一、依照化学式Sm_1-xSr_xCoO_3-δ，0≤x≤1，按Sm元素、Sr元素与Co元素摩尔比为1-x∶x∶1的比例分别称取硝酸钐、硝酸锶和硝酸钴，然后将硝酸钐、硝酸锶和硝酸钴加入到N，N-二甲基甲酰胺中，在室温下磁力搅拌至硝酸钐、硝酸锶和硝酸钴完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌，得到静电纺丝前驱液，再进行静电纺丝，得到纳米纤维；

所述静电纺丝前驱液中硝酸钐、硝酸锶和硝酸钴总的质量浓度为5-25％，聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为6-15％；

二、将纳米纤维以2℃/min-10℃/min的升温速度升温至300℃时恒温烧结1-2h，然后继续升温至500-1000℃，并且在500-1000℃烧结1-2h，即得一维纳米纤维状SSC阴极材料。

一维纳米纤维SSC基复合阴极为以电解片、阳极或阴极为支撑体，在支撑体上附着一维纳米纤维状SSC阴极材料，在SSC纤维上附着电解质纳米微粒。

一维纳米纤维SSC基复合阴极的制备方法具体如下：

一、将权利要求1所述的一维纳米纤维状SSC阴极材料过筛后，加入乙醇分散，再加入质量浓度为3％的乙基纤维素的松油醇溶液，其中阴极材料与质量浓度为3％的乙基纤维素的松油醇溶液的质量比为1∶1，搅拌4-8h，得到一维纳米纤维状SSC阴极浆料；

二、一维纳米纤维状SSC阴极浆料涂覆支撑体上，将涂覆一维纳米纤维状阴极浆料的支撑体以2℃/min-10℃/min的升温速度升温至900-1100℃，然后在900-1100℃烧结1-2h，再降温到室温，得到一维纳米纤维状SSC阴极骨架；

三、将电解质的前驱液浸渍到一维纳米纤维状SSC阴极骨架中，浸渍饱和后，将经过浸渍的一维纳米纤维状SSC阴极骨架在400-600℃的条件下煅烧1-2h；

四、重复步骤三至一维纳米纤维状SSC阴极骨架与电解质的质量比为1∶0.1-1.6，停止浸渍，自然晾干后将经过浸渍的一维纳米纤维状SSC阴极骨架在750-800℃的条件下煅烧1-2h，得到一维纳米纤维SSC基复合阴极。