[发明专利]B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料及其制备方法，该B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料的B位掺杂有Ru元素，化学式为La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5‑xRu_xO₃，其中，0＜x≤0.05，该方法制备得到的电极材料在还原及空气两种气氛下均具有较高的导电率及电化学催化活性，且制备方法较为简单。

技术领域

本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，涉及一种B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，人类对能源需求与日俱增。世界范围内绝大多数的能源供应主要依赖于化石燃料的燃烧，如煤炭、石油和天然气，这造成了极大的环境问题，虽然只核能和可再生能源，如太阳能、风能，水力发电和潮汐能也得到利用，但这些能源受制于工作环境和技术，无法大规模开发。固体氧化物燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转换为电能的新型发电系统，具有能量转换效率高、燃料适用范围广、环境友好等特点，具有良好的应用前景。但SOFC发电系统制造和运行维护的成本过高限制了其大规模商业化应用，因此，通过多方面的优化降低SOFC的成本，比如改进电池制备工艺、采用新型构型改善电池结构、选用性能更好的材料，对加快SOFC的商业化进程有重要的意义。

传统SOFC是阳极|电解质|阴极的三明治结构，并用连接体组合，因此存在阳极|电解质和阴极|电解质两类不同的界面，烧结要求也会有所不同，所以单电池需要多次烧结，提高了制造成本。而阳极侧由于长期还原气氛影响，在使用碳基和含硫燃料时，会出现严重的碳沉积和硫中毒现象，加快电池输出功率衰减。此外，传统SOFC受制于电解质离子电导率，在低温条件下电池性能不高，需要至少900℃的工作温度来保证输出功率。但是高的工作温度会导致老化加剧，因此传统SOFC对电极材料高温物理化学稳定性有严苛要求，这也限制了电极材料选择的灵活性。

为了解决传统SOFC出现的问题，英国圣安德鲁斯大学教授Irvine及其团队提出了一种固体氧化燃料电池的新构型——对称固体氧化物燃料电池(Symmetric Solid oxideFuel Cell,简称SSOFC)，即阴阳极采用同一种材料，单电池只需要电极材料、电解质、连接体三种材料，如果连接体材料和阴阳极材料相同，则只需要两种材料。相对于传统SOFC，SSOFC有以下优点：(1)只存在电极|电解质一个界面，简化了电解质与阴阳极材料的热匹配和化学相容性问题。(2)在单电池制备过程中只需要一次烧结，简化了制备工艺，降低了成本。(3)通过转换气路，及阴阳极互换，原本在阳极侧存在的积碳和含硫固体问题在通氧化气氛时会被氧化为二氧化碳和硫化气体随气路排出，解决了碳沉积和硫中毒问题，有效保障了电池输出功率的长期稳定性。但SSOFC电极需要满足还原和氧化两种气氛条件下的适用性，因此对材料的选择更为苛刻。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料及其制备方法，该方法制备得到的电极材料在还原及空气两种气氛下均具有较高的导电率及电化学催化活性，且制备方法较为简单。

为达到上述目的，本发明所述的B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料，B位掺杂有Ru元素，化学式为La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5-xRu_xO₃，其中，0＜x≤0.05。

x＝0.05。

通过B位Ru元素原位出溶形成分布于材料表面的纳米颗粒单质催化剂。

本发明所述B位原位出溶的钙钛矿型对称固体氧化物燃料电池电极材料的制备方法包括以下步骤：