[发明专利]一种新型LSC催化的BCFZ阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池及质子陶瓷燃料电池阴极催化剂及催化阴极的制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子陶瓷燃料电池(PCFC)是目前为止能量转换效率最高、最环保的发电技术之一，也是未来最有希望取代火力发电的集中或分散式发电的新技术之一。随着新材料及阳极支撑电池结构的研究，燃料电池的运行温度已经从在800-1000℃降到600-800℃，而最新的研究焦点集中在运行温度为450-650℃的低温燃料电池。

决定固体氧化物燃料电池性能及运行温度的主要因素是电解质材料和阴极材料，其中阴极的极化电阻占到电池总阻力的60％以上。BCFZ阴极具有一个优异的功率密度(150mW/cm²，600℃)，是所有中低温燃料电池阴极材料中最有潜力的材料之一。

本发明通过BCFZ阴极浸渍LSC纳米颗粒，在阴极颗粒表面形成三相还原区，增加活性还原面积，促进氧气的还原，提高氧还原速率，有效降低了BCFZ阴极的极化电阻和运行温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池及质子燃料电池的阴极催化剂及催化阴极的制备方法，该方法解决目前现有材料及现有技术制备的固体氧化物燃料电池运行过程中运行温度高及退化速率快的问题。本发明中所得固体氧化物燃料电池阴极，与纯BCFZ阴极相比，LSC纳米颗粒结构具有高的还原纳米效应及氧还原活性，LSC浸渍的BCFZ阴极表面形成一种纳米膜及纳米颗粒，有效增加了三相反应界面和更多的反应活性位，LSC的催化活性高，运行温度降低，对BCFZ的还原性催化能力越强。本发明的方法制得的LSC催化BCFZ阴极，其极化电阻在650℃条件下比BCFZ阴极降低62％，在运行温度低于650℃时，极化电阻比BCFZ降低62％以上，阴极退化率在650℃条件下比BCFZ阴极降低2倍，在低于650℃的工作温度时，退化率可降低2倍以上。

为实现本发明的目的，提供如下实施方案。

术语：BCFZ阴极表示由BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.2O_3-δ材料制成的电池阴极。

LSC催化剂表示由化学式La_1-xSr_xCoO_3-δ组成的电池阴极催化剂，BCFZ阴极表面浸渍(吸附)LSC催化剂也称为电池催化阴极或LSC催化BCFZ阴极。

在一实施方案中，本发明提供一种固体氧化物燃料电池阴极LSC催化剂，为La_1-xSr_xCoO_3-δ所示化合物(简称LSC)简称，其中，x代表0＜x＜1。

在另一实施方案中，本发明提供一种制备固体氧化物燃料电池阴极LSC催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将硝酸盐La(NO₃)₃·6H₂O、Sr(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O加入到溶剂中形成反应体系，再加入络合剂柠檬酸，在室温下，搅拌使硝酸盐溶解、络合；

2)将络合后的溶液放置在电热板上加热，使溶液蒸发并燃烧，获得黑色物质经研磨钵研磨后放于箱式炉中600℃煅烧2小时，得到化学式La_1-xSr_xCoO_3-δ的催化剂。