[发明专利]高催化活性抗积碳阳极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有高催化活性抗积碳阳极材料，其特征在于其化学式为Co₂TiO₄。

2.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料用作为固体氧化物燃料电池阳极。

3.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料在还原气氛下被还原为Co相和TiO₂相。

4.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料在还原气氛下被还原形成Co相与TiO₂相的摩尔比为1：1。

5.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料还原后形成的Co相对燃料反应提高催化活性，TiO₂相抑制积碳生成。

6.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料还原后形成的Co相提供电子电导通道，TiO₂相提供离子传输通道。

7.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料在还原气氛下对碳氢燃料氧化反应具有高催化活性，且不形成积碳。

8.按权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料，其特征在于该阳极材料还原后具有独特的Co相/-TiO₂相互相附着的粒子结构。

9.制备权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)选取化学纯钛酸正丁酯C₁₆H₃₆O₄Ti，分析纯六水合硝酸钴Co(NO₃)₂·6H₂O为原料，按化学计量比1：2溶于水中，加入乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸作为络合剂；

2)用氨水缓慢将溶液调至pH值为7-8，均速搅拌，形成紫色澄清溶液；

3)将溶液置于坩埚中加热浓缩直至溶液蒸干开始燃烧成粉；

4)所得粉体在马弗炉中900℃预烧2小时，除去有机物，得Co₂TiO₄粉体；

5)预烧过的粉体与20(wt)％玉米淀粉，20％电解质粉混磨均匀，作为阳极粉体，玉米淀粉烧结过程被烧尽，提高阳极孔隙率，电解质粉增加阳极与电解质层的接触；

6)以步骤5)制备的阳极粉体为阳极材料，按传统单电池制备工艺干压法或流延法制备单电池，在1100－1300℃下烧结1-6小时；

7)将步骤6得到的单电池的阳极侧在700℃下还原1-3小时，得到分解为Co相和TiO₂相阳极。

10.制备权利要求1所述的一种具有高催化活性的固体氧化物燃料电池阳极材料的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)选取化学纯钛酸正丁酯C₁₆H₃₆O₄Ti、分析纯六水合硝酸钴Co(NO₃)₂·6H₂O为原料，按化学计量比1：2溶于水中，加入乙二胺四乙酸EDTA和柠檬酸作为络合剂；

2)用氨水缓慢将溶液调至pH值为7-8，均速搅拌，形成紫色澄清溶液；

3)将溶液置于坩埚中加热浓缩直至溶液蒸干开始燃烧成粉；

4)所得粉体在马弗炉中900℃预烧2小时，除去有机物，即得到Co₂TiO₄粉体；

5)预烧过的粉体与20(wt)％玉米淀粉，20％电解质粉混磨均匀，作为阳极粉体，玉米淀粉烧结过程被烧尽，提高阳极孔隙率；

6)以钐掺杂氧化铈SDC为电解质材料，以步骤5)制备的阳极粉体为阳极材料，利用共压技术制备直径为15mm，电解质厚度为30μm，阳极厚度为700μm的半电池；

7)将步骤6)所得的半电池在高温炉中1250℃下烧结5小时，升温速率为1℃/min；

8)将钐锶钴氧化物SSC与SDC按照重量比6：4混合，并进一步含6(wt)％乙基纤维素的松油醇C₁₀H₁₈O按重量比1：1.5的比例混合，研磨3个小时作为阴极浆料；

9)将步骤8)所得浆料涂敷在步骤7)制备的半电池电解质层表面，并在950℃下烧结2小时，完成单电池制备；.

10)将步骤9)得到的单电池阳极侧通入H₂，并在700℃下还原2小时；

11)测试时单电池阳极侧和阴极侧分别通入燃料气H2或CH₄和空气，以电化学工作站Im6eX,Zahner测试单电池的电压－电流曲线、阻抗谱图和长期放电曲线；

12)以扫描电镜(SEM)分析测试后样品的微结构，以X射线衍射技术(XRD)分析还原前后Co₂TiO₄粉体的晶体结构。