[发明专利]一种提高固体氧化物燃料电池阴极长期稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种提高固体氧化物燃料电池阴极长期稳定性的方法，属于固体氧化物燃料电池领域。本发明要解决固体氧化物燃料电池在长期工作过程中阴极性能逐渐发生衰减的问题。本发明方法:将LSCF纳米材料与碳纳米纤维粉体混合均匀，加入乙基纤维素的松油醇溶液，混合均匀再加入无水乙醇，磁力搅拌均匀，得到阴极浆料；然后采用丝网印刷法将阴极浆料涂覆在GDC电解质片上，烧结，即得到LSCF阴极骨架；然后LSCF阴极骨架上浸渍GDC硝酸盐溶液，然后烘干，烧结，得到LSCF‑GDC复合阴极。采用此方法制备的LSCF‑GDC复合阴极表现出更加良好的长期稳定性。本发明主要应用于固体氧化物燃料电池。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池的技术领域；具体涉及一种提高固体氧化物燃料电池阴极长期稳定性的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种高效的能量转换装置，不遵循卡诺循环，可以将氢气、天然气、烃类化合物中的化学能直接转化为电能，能量利用效率高达60％，具有燃料多样化、环境友好、结构简便等优点。其中阴极是固体氧化物燃料电池的重要组成部分，是发生氧还原反应的重要场所。在阴极反应过程中，外界的氧气进入阴极先发生吸附解离，之后在三相界面(O₂-阴极-电解质)接受电子发生氧还原反应生成氧负离子，最后氧负离子经阴极、电解质传导到达阳极一侧并参与阳极反应。在固体氧化物燃料电池中，空气电极极化阻抗占比电极极化阻抗高达70％。目前阴极性能的衰减是影响固体氧化物燃料电池商业化的重要因素之一。导致阴极性能衰减的因素包括但不限于材料之间的相互团聚、元素的偏析、材料之间的相互反应、污染物等。

发明内容

本发明要解决现有SOFC长期工作过程中阴极性能发生衰减的问题；而提供了一种提高固体氧化物燃料电池阴极长期稳定性的方法。

为了解决上述技术问题，本发明中提高固体氧化物燃料电池阴极长期稳定性的方法是通过下述步骤实现的：

步骤一、将LSCF纳米材料与碳纳米纤维粉体混合均匀，加入乙基纤维素的松油醇溶液，混合均匀再加入无水乙醇，磁力搅拌均匀，得到阴极浆料；

步骤二、采用丝网印刷法将步骤一获得的阴极浆料涂覆在GDC电解质片上，采用快速烧结法进行烧结，即得到LSCF阴极骨架；

步骤三、在步骤二获得的LSCF阴极骨架上浸渍GDC硝酸盐溶液，然后烘干，烧结，即得到LSCF-GDC复合阴极。

进一步限定，步骤一所述LSCF纳米材料为LSCF纳米纤维或者LSCF纳米颗粒，LSCF纳米材料与碳纤维粉体的质量比为1:(20～10)。

上述LSCF纳米纤维可通过静电纺丝法制备，具体是按下述步骤进行的：

步骤1：按照摩尔比8:2:2:8的比例称取硝酸镧、硝酸锶、硝酸钴、硝酸铁，然后加入到N,N二甲基甲酰胺中，磁力搅拌至完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，磁力搅拌至PVP完全溶解，得到处于粘稠、透明的状态的静电纺丝液，其中，静电纺丝液中无机盐的质量分数为15％～25％，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为8％～10％；

步骤2：将步骤1获得静电纺丝液注入到医用塑料注射器中，针头为磨平的8号不锈钢针头，采用铜丝将注射器固定为一排，并以镍网为接受体，进行静电纺丝，静电纺丝的条件为：湿度20％～30％，温度25℃～30℃，电压15kV～20kV，针头与镍网间的接收距离15cm～20cm；

步骤3：将静电纺丝所得的无纺布在80℃～100℃鼓风干燥箱中进行干燥，之后置于马弗炉中，以2～5℃/min的升温速度升温至300℃，恒温2h，之后以2～5℃/min的升温速度升温至800℃～900℃，恒温2h，自然冷却至室温后，得到LSCF纳米纤维。