[发明专利]用于电化学电池的阳极和用于制造包含此类阳极的电化学电池的方法

说明书

本发明涉及用于电化学电池的电极，其中，电极平坦地施加在固体氧化物电解质的表面上，阴极平坦地施加在固体氧化物电解质中与所述电极相对的表面上。该电极的基材是复合材料，该复合材料的催化活性金属成分包含：镍相，所述镍相由NiO制成，其通过在含氢气氛中还原NiO而作为电极原料的一部分。陶瓷成分由掺杂的铈氧化物和尖晶石制成，所述尖晶石由选自Ni、Mn、Fe和Cr的至少一种过渡金属制成。

技术领域

本发明涉及用于具有氧离子导体固体电解质的电化学电池的电极，以及用于制造具有此类电极的电化学电池的方法。

背景技术

电化学电池通常用于将化学能转化为电能，反之亦然。化学氧化还原反应也在这里出现，并且这些反应通常对电池的电阻产生不利影响，从而影响操作期间的效率和寿命。尤其影响与燃料气体接触的电极。

这也适用于电化学电池，在电化学电池中电解质包含固体氧化物，并且其在高于700℃的高温下操作。

在迄今已知的这些电化学电池的结构中，由于使用的电极材料所需的烧结温度高于1250℃，而使可实现的功率密度受到限制，所述电极材料由NiO和固体电解质相组成。在较低的烧结温度下，迄今为止还未能获得令人满意的电极材料粘附。此外，在这些高烧结温度下，电极中的固体电解质颗粒与镍颗粒之间形成较小的电化学活性界面，这是由于较大的粒径和较高的烧结温度。

此外，电解质材料的机械稳定性或强度由于来自空气电极的Mn的扩散而降低，所述空气电极位于电解质材料的对面并且通常在高烧结温度下通过共烧结被烧制成稳定的ZrO₂。

具有固体氧化物电解质的已知电化学电池的另一缺点是对于在电化学电池的入口区域中甲烷蒸汽重整而言电极的活性增加，这引起电化学电池的局部冷却。这在内部重整中导致大的温度梯度，反过来使得机械应力增加直至破坏相应的电化学电池。

为了解决上述问题，已经使用如下电极：具有基于NiO-CGO(氧化镍-铈钆氧化物)的材料。然而，添加过渡金属氧化物导致具有这种电极的电化学电池的极化电阻增加。

因此，Faes A.等在“A Review of RedOx Cycling of Solid Oxide Fuel CellsAnode”；Membranes；Vol.2；2012；No.3；pp.585-664-ISNN2077-0375中描述了作为固体氧化物燃料电池的阳极的电极。

DE 102013007637A1涉及高温燃料电池的阴极-电解质-阳极组件。

透氧膜已由U.Pippadt等在“Performance and Stability of Mixed ConductingComposite Membrans of Substituted Ceria”；J.Ceram.Sci.Tech.；Vol.5；2014；No.4；p.309-316中进行了讨论。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供在燃料电池模式和电解模式(包括与由水蒸气/二氧化碳组成的气体混合物一起使用)中均具有增加的氧化还原稳定性、降低的内部重整活性和改善的催化剂长期稳定性的电化学电池，从而使性能退化减少。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的用于电化学电池的电极来实现。用于制造具有此类电极的电化学电池的方法在权利要求9中定义，用途在权利要求13中定义。通过从属权利要求中阐述的特征，可实现本发明的有利实施方式以及进一步发展。