[发明专利]一种新型质子阻塞复合阴极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新型质子阻塞复合阴极材料及其制备方法和应用，所述阴极材料分子式为(1‑x)PrBa_0.5Sr_0.5Cu₂O_5‑δ‑xCe_0.8Sm_0.2O_2‑δ，其中，x＝0.1～0.5。本发明提供的新型质子阻塞复合阴极材料可以作为燃料电池的阴极材料进行应用，由于采用了PBSC‑SDC复合阴极材料，制备出的单电池不仅具有较高的开路电压和较低的极化电阻，能输出较高的最大功率密度。还具有良好的热匹配性，有助于提高单电池的热稳定性。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种应用于质子导体氧化物燃料电池的新型质子阻塞复合阴极材料及其合成方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池作为一种直接将化学能转化为电能的化学装置，是解决能源和环境问题的有效方案。在质子导体固体氧化物燃料电池中，燃料气体在阳极被氧化成质子，氧气在阴极被吸附、分解还原成氧离子，质子经电解质传导到达阴极，与阴极的氧离子反应生成水。因而，阴极作为燃料的反应场所，对电池性能有重要影响，探索阴极新材料，降低极化电阻，对发展高性能质子导体氧化物燃料电池(H-SOFC)具有重要意义。

目前为止，具有较好电化学性能的H-SOFC阴极材料多是基于含Co的钙钛矿型氧化物，如PrBa_0.5Sr_0.5Co₂O_5-δ(726mW cm^-2，750℃)，SmBa_0.5Sr_0.5CoCuO_5-δ(457mW cm^-2，750℃)，Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(665mW cm^-2，700℃)等。虽然Co能提高阴极材料的电子电导率，但也往往存在一些问题。如Co在高温易挥发，导致阴极材料热稳定性较差，且含Co阴极材料的热膨胀系数(TEC)通常在15×10^-6K^-1以上，高于BZCY电解质的TEC(14×10^-6K^-1)，存在一定的热膨胀系数匹配问题。此外，Co价格昂贵(～40万/吨)，这些因素都限制了Co基钙钛矿阴极材料的实际应用。因此，H-SOFC的无Co阴极材料的研发得到了越来越多的重视。目前发现性能较好且无Co的H-SOFC阴极材料主要有La_0.3Sr_0.7Ti_0.3Fe_0.7O_3-δ(462mW cm^-2，750℃)，Pr_0.6Sr_0.4Cu_0.2Fe_0.8O_3-δ(712mW cm^-2，700℃)。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明在曾应用于氧离子导体固体氧化物燃料的阴极材料PrBa_0.5Sr_0.5Cu₂O_5-δ(PBSC)的基础上，通过与Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ(SDC)复合，制备了应用于H-SOFC的新型质子阻塞复合阴极材料(PBSC-SDC)。既能很好的传导电子和氧离子，同时又能有效阻塞质子传导的复合阴极。

本发明的第一个目的是提供一种新型质子阻塞复合阴极材料，所述阴极材料分子式为(1-x)PrBa_0.5Sr_0.5Cu₂O_5-δ-xCe_0.8Sm_0.2O_2-δ，其中，x＝0.1～0.5。

本发明的第二个目的是提供上述新型质子阻塞复合阴极材料的合成方法，具体包括如下步骤：