[发明专利]一种固体氧化物燃料电池阳极及其应用

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池阳极及其应用，其特征在于所述阳极由骨架层和活性颗粒组成，其中，骨架层为Ln_xSr_1‑xTiO₃—Gd_zCe_1‑zO₂复合物，Ln_xSr_1‑xTiO₃与Gd_zCe_1‑zO₂的质量比为70:30～30:70，Ln为La，Pr，Sm，Gd，Er，Yb，Y中一种或几种，0≤x≤0.4，0≤z≤0.3，骨架层厚度为10‑50微米，活性颗粒为NiO或NiO—Gd_zCe_1‑zO₂复合物，活性颗粒均匀负载在骨架层表面，占比阳极质量分数为2％～20％，活性颗粒大小为10～300纳米。本发明的固体氧化物燃料电池阳极，具有良好的电化学性能，显示出优异抗硫中毒稳定性，特别适合适用使用生物质燃料的固体氧化物燃料电池发电。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池阳极。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)不仅可以使用氢气作为燃料发电，还可使用天然气、煤制气、生物质燃气等燃料发电。SOFC发电效率位居各种燃料电池之首，一次发电效率可以达到60％以上。SOFC与余热利用系统等集成，可以实现热、冷、电联供，综合能量利用效率可达到90％，适合于城市用户端的分布式供能。

阳极是SOFC关键材料之一，要求其具有良好的催化活性、电导率以及足够的孔隙率，还必须具备工作条件下的化学稳定性、热稳定性与机械强度。目前，研究较多的SOFC阳极材料是金属陶瓷复合材料Ni-YSZ，该阳极显示出较高的电化学性能。但是，当使用碳氢燃料时，例如SOFC以生物质燃气为燃料发电时，一方面，Ni-YSZ阳极存在严重的积碳问题，导致阳极催化活性不断损失，积碳易造成阳极孔道阻塞；另一方面，生物质燃气中杂质气易引发阳极催化剂中毒，导致电池性能降低[Fuel Processing Technology 160(2017)8-18]。其原因主要是H₂S的H-S键很弱，很容易在过渡金属上分解，而S的P轨道和金属M的D轨道大部分重叠，所以导致S-M(M＝金属)键很强，形成的硫物种不易被消除，因此对电池阳极产生较大毒害作用。因此，开发一种具有高活性和高稳定性的阳极材料十分必要。

发明内容

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池阳极，其由骨架层和活性颗粒组成，该固体氧化物燃料电池阳极，具有良好的电化学性能，显示出优异抗硫中毒稳定性，特别适合使用生物质燃料的固体氧化物燃料电池发电。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种固体氧化物燃料电池阳极，所述阳极由骨架层和活性颗粒组成，其中，骨架层为Ln_xSr_1-xTiO₃—Gd_zCe_1-zO₂复合物，Ln_xSr_1-xTiO₃与Gd_zCe_1-zO₂的质量比为70:30～30:70，Ln为La，Pr，Sm，Gd，Er，Yb，Y中一种或几种，0≤x≤0.4，0≤z≤0.3，骨架层厚度为10-50微米的片层，活性颗粒为NiO或NiO—Gd_0.1Ce_0.9O₂复合物，活性颗粒均匀负载在骨架层表面，占比阳极质量分数为2％～20％，活性颗粒大小为10～300纳米。