[发明专利]一种非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料

说明书

本发明公开了一种非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料。该材料是在层状钙钛矿氧化物的晶格内部或表面引入非金属元素，使其形成非金属元素修饰的高活性层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料。本发明所制备的非金属元素修饰层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料的氧还原活性较没有非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物在中低温操作范围内具有更高的氧还原活性，同时为固体氧化物燃料电池阴极材料的设计与开发提供一种简单有效的策略，可以极大的推进固体氧化物燃料电池操作温度低温化的进程。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，特别涉及一种非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料。

背景技术

在现代化工业社会的进程中，煤炭、石油等不可再生资源的需求量持续快速增长，不仅使能源可持续发展的问题日益突出，而且对生态环境造成了严重的影响。随着对化石能源依赖度的不断增加，给世界能源安全带来了巨大的风险，同时也使全球气候变暖的问题日益严重。基于节能减排和能源安全问题，世界能源的发展模式亟待转型，需要加快构建集约、高效、多元、安全和清洁的能源供应保障机制。在面对石油、天然气、煤炭等资源枯竭问题，我国急需开发新能源技术代替传统发电技术。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种极具应用前景的能量转换装置，具有能量转化效率高、燃料适用性强、余热利用率高、环境友好等优点。目前被广泛采用的电极材料主要包括ABO_3-δ型单钙钛矿氧化物和AA’B₂O_5+δ型双钙钛矿氧化物。对于A_n+1B_nO_3n+1+δ型层状钙钛矿氧化物材料的研究目前还较少。但根据报道，层状钙钛矿氧化物可能同时其较高的电导率和氧离子传输速率，且层状钙钛矿氧化物具有与电解质材料相匹配的热膨胀系数，可以有效的解决固体氧化物燃料电池的密封难点，因此这使其成为具潜力的电极材料，也是电极研究的热点。然而目前的电极材料主要的适用温度在大于800℃(纯电子导体)以及600-800℃(混合导体)，过高的操作温度往往会造成过高的运行成本以及造成严重的电极性能衰减。如果能开发出在中低温(400-600℃)区高效工作的基于层状钙钛矿氧化物的电极材料，那么对于SOFC的商业化进程显得尤为重要，因此改善现有层状钙钛矿氧化物材料的氧还原活性就显得尤为关键。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料，该材料具有高氧还原活性。

本发明的另一目的在于提供所述非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种非金属元素修饰的层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料，在层状钙钛矿氧化物的晶格内部或表面引入非金属元素，使其形成非金属元素修饰的高活性层状钙钛矿氧化物氧还原电极材料。

所述的非金属元素为Cl、F、S、P、N和Si中的一种或多种。

所述的层状钙钛矿氧化物与非金属元素的摩尔比为1：x，其中0<x≤1；优选为1：0.04～0.5。