[发明专利]一种Ruddlesden-Popper层状结构铁基阴极催化剂的制备方法

说明书

一种Ruddlesden‑Popper层状结构铁基阴极催化剂的制备方法，它属于化学电源固体氧化物燃料电池材料领域。方法：一、硝酸锶、稀土硝酸盐和硝酸铁的混合液中加甘氨酸，制黑色粉末；二、制阴极催化剂粉体；三、制固体CGO电解质基底；四、电极粘合剂与阴极催化剂粉体混匀，再对称涂覆在基底上，形成对称电极；五、烧结。本发明制备的阴极催化剂，离子‑电子混合电导率高，氧离子传输速度快，具有较低的界面极化电阻，得到一种通用的高催化活性固体氧化物燃料电池铁基Sr_3‑xLn_xFe₂O_7‑δ电极催化剂。制备原料易得，与固体电解质热匹配性好，耐久性和高温化学稳定性高。本发明适用于制备固体氧化物燃料电池阴极催化剂。

技术领域

本发明属于化学电源固体氧化物燃料电池材料领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池是一种通过电化学反应将燃料的化学能转换为电能的全固态形式能量转换器件。它具有高的能量转换效率、燃料灵活性和低排放污染物等显著优点，适用于分散式电站及家庭小型固定电源，被誉为21世纪的新型绿色能源。固体氧化物燃料电池系统的基本结构主要包括阴极、阳极和电解质三个部分。阴极作为氧化电极主要发生的是氧还原反应，其电催化性能直接影响着燃料电池体系的长期稳定性和输出效能。Ruddlesden-Popper(鲁德莱斯顿-波普尔)结构的Sr₃Fe₂O_7-δ氧化物具有两个SrFeO₃钙钛矿层，并且中间夹有SrO岩盐层。同传统的钙钛矿结构阴极材料比较，这类材料具有优异的高温化学稳定性和热稳定性，并且这类材料具有良好氧离子导电性，这些意味着Sr₃Fe₂O_7-δ材料是一类有希望用于固体氧化物燃料电池的阴极催化剂。

随着高性能燃料电池实用化的发展，电池阴极催化剂的氧还原活性得到人们的重视。传统的钴基阴极材料存在价格昂贵，热膨胀系数高、化学相容性差，电催化性能低等缺点，而限制了其应用范围。而铁基阴极催化剂具有高温化学稳定性、良好的热匹配性、氧还原活性高等优点在透氧膜和离子-电子混合导体领域有着很好的研究和应用。

发明内容

本发明目的是解决现有固体氧化物燃料电池铁基阴极催化剂离子-电子的混合电导率和氧还原活性低，以及阴极催化剂与固体电解质界面接触电阻大的问题，而提供一种Ruddlesden-Popper层状结构铁基阴极催化剂的制备方法。

一种Ruddlesden-Popper层状结构铁基阴极催化剂的制备方法，它按以下步骤实现：

一、依照化学式Sr_3-xLn_xFe₂O_7-δ，按化学计量比称取硝酸锶、稀土硝酸盐和硝酸铁，并溶于去离子水中，获得混合液，然后加入甘氨酸并混匀，再在150～300℃下加热浓缩，直至发生燃烧反应，最后得到黑色粉末；

二、将上述黑色粉末在100～250MPa的压力下进行钢模压制，得到圆片状催化剂前躯体，然后置于800～1000℃下烧结8～12h，取出后进行研磨，得到阴极催化剂粉体；

三、将固体电解质Ce_0.9Gd_0.1O_1.95(CGO)粉体在180～250MPa的压力进行钢模压制，得到电解质基底前躯体，然后置于1200～1400℃下烧结12～20h，得到固体CGO电解质基底；

四、松油醇与乙基纤维素按照质量比(2～5):1进行混合，得到电极粘合剂，然后取步骤二中所得阴极催化剂粉体加入到电极粘合剂中并混匀，再用毛刷对称涂覆在步骤三中所得固体CGO电解质基底上，形成对称电极；