[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料

说明书

技术领域

本发明属于电池阴极材料制备领域，尤其是涉及适用于中低温固体氧化物燃料电池的阴极材料。

背景技术

随着化石能源的过渡开发和低效率使用，环境日益恶化，这些问题严重制约着经济的可持续发展。固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种绿色新型的能量转化装置由于兼具能量转化效率高、环保等特点而受到广泛关注。传统固体氧化物燃料电池运行温度通常为1000℃左右，高温状态下易造成燃料电池稳定性差，所以将SOFC工作温度降低到中低温范围(500-800℃)以及具有较好的热匹配性能是实现其商业化的关键。然而，随着工作温度的降低，传统阴极材料燃料电池电极极化阻抗增加而影响电池性能，电池输出功率的严重衰减。因此开发在中低温范围内具有高氧催化还原活性及高热匹配的阴极材料已成为制约SOFC实用化的最为关键因素之一。

目前降低固态氧化物燃料电池工作温度，开发中低温度固态氧化物燃料电池是燃料电池领域研究的热点问题之一，然而随着工作温度减低，阴极材料的催化活性显著降低。对于中低温固态氧化物燃料电池阴极材料的基本要求是：材料在工作温度下有较高的氧离子-电子传导特性，良好的化学催化活性以及热稳定性。钴基钙钛矿结构阴极材料有较高的氧离子-电子传导特性，且具有较好的催化活性(T.V.Aksenova,L.Yu.Gavrilova,A.A.Yaremchenko,V.A.Cherepanov,V.V.Kharton,Oxygen nonstoichiometry,thermal expansion and high-temperature electrical properties of layered NdBaCo₂O_5+δand SmBaCo₂O_5+δ)。针对钙钛矿结构阴极材料人们做了大量的研究，Pang等人发现A位Ba2+缺位能提高钙钛矿结构中氧空位浓度，提高氧催化还原性能(Pang S,Wang W,Chen T,et al.The effect of potassium on the properties of PrBa_1-xCo₂O_5+δ(x＝0.00–0.10)cathodes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells[J].International Journal of Hydrogen Energy,2016.)。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，通过A位Ba²⁺缺位以及Ca²⁺掺杂以提高材料电化学性能，同时降低材料的热膨胀系数，获得性能优异的SOFC阴极材料。

一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，其组成通式为：zLa_0.5Ba_0.5-x-yCa_yCoO_3-δ-(1-z)M，其中x为Ba的缺位量，y为Ca的掺杂量，取值范围为0.0-0.5，x+y＝0.001-0.5，z＝10wt.％-100wt.％，M为电解质材料。

优选地，Ba的缺位量x＝0.001-0.5。

优选地，x＝0.025，y＝0.025，所述固体氧化物燃料电池阴极材料的结构式为：zLa_0.5Ba_0.45Ca_0.025CoO_3-δ-(1-z)M。

优选地，x＝0.05，y＝0.05，所述固体氧化物燃料电池阴极材料的结构式为：zLa_0.5Ba_0.4Ca_0.05CoO_3-δ-(1-z)M。