[发明专利]一种中低温固体氧化物燃料电池阴极材料

说明书

技术领域

 本发明涉及一种阴极材料，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阴极材料。

背景技术

传统的固体氧化物燃料电池由于其较高的运行温度（1000 ^oC左右）导致了其稳定性差和寿命短的问题。目前降低固体氧化物燃料电池的运行温度，开发中低温固体氧化物燃料电池已成为固体氧化物燃料电池领域研究的热点之一。但是随着运行温度的降低，阴极的催化活性会显著降低。传统的高温固体氧化物燃料电池阴极材料La_1-xSr_xMnO₃（LSM）由于其在800 ^oC以下较低的电导率和催化活性而不再适用于中低温固体氧化物燃料电池。而在整个固体氧化物燃料电池系统的欧姆损失中阴极的欧姆损失占到了很大的比重，因此使用高性能的阴极材料对于提高整个固体氧化物燃料电池的能量转化效率至关重要。一般而言，对于中低温固体氧化物燃料电池阴极材料的基本要求是：材料在中低温区具有较高的氧离子-电子传导能力，良好的化学稳定性和热稳定性，同时还要具有与电解质的物理匹配性（既有与电解质相匹配的热膨胀系数）。含钴的钙钛矿型（ABO₃）复合掺杂氧化物是氧离子和电子混合导电材料，可以作为潜在的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料。但是目前研究中的这类阴极材料都还存在着不足。例如钙钛矿结构的La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ(LSCF)在中低温时具有较高的混合电导率，但是它的热膨胀系数与LSGM（La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_2.8）电解质材料相差较大，同时化学稳定性不好，高温下易于与电解质发生化学反应（L.-W. Tai, M. M. Nasrallah, et al. Structure and electrical properties of La_1-xSr_xCo_1-yFe_yO_3-δ Part 2. The system La_1-xSr_xCo_0.2Fe_0.8O₃. Solid State Ionics, 1995(76): 273-283）；以钙钛矿结构Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ（BSCF）为阴极的固体氧化物燃料电池的性能有了较大的提高，但是在中低温时Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ的电导率较小，且其热膨胀系数与氧化铈基电解质相差也较大（Y. Wang, S. Wang, et al. Performance of Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ-CGO-Ag cathode for IT-SOFCs. J. Alloys Compds. 428 (2007) 286）。因此为了促进中低温固体氧化物燃料电池的发展，研究开发高性能中低温固体氧化物燃料电池阴极材料是必要和迫切的。其中LnBaCo₂O_5+δ具有催化活性好，电导率高的优点，但是当A位为Pr时，其热膨胀系数会很高，高温下大量失氧。为了获得较低的热膨胀系数和较好的稳定性，一般人们采用Ln系元素的中间元素Gd的化合物GdBaCo₂O_5+δ。本发明拟将Y掺杂到PrBaCo₂O_5+δ的A位，在保证材料催化活性的同时，提高材料的结构稳定性、降低材料的热膨胀系数，以期获得电化学性能较好的SOFC阴极材料。

发明内容

为了改进现有阴极材料的不足而提供一种新的具有层状钙钛矿结构的阴极材料，本发明将Pr和Y共同掺杂到LnBaCo₂O_5+δ的A位元素中，以期获得一种在中温下具有较好电化学性能且热膨胀率较低的阴极材料。