[发明专利]一种固体氧化物燃料电池电极材料

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池电极材料，该材料同时用于电池阴极和阳极，分子式为：LnBaMn_2‑xM_xO_5+δ；其中，0≤x≤0.5，0≤δ≤1，Ln包括La、Pr、Nd、Sm或/和Gd，M包括Ti、V、Zr、Sc、Nb、Mo、Sn或/和Ge，本发明提供的电极材料保持了较小的化学膨胀，使材料与电解质膨胀匹配，大大增强了电池长期稳定性。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池电极材料，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电极材料。

背景技术

目前全球能源供应主要来自化石能源，直接燃烧化石能源造成严重的环境污染问题。为减缓环境污染，缓解温室效应，需要开发一种环境友好的新能源技术。在众多新能源技术中，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)因其环境友好、转化效率高、噪音低等优点，受到广泛关注。SOFC主要由多孔阴阳极与电解质组成，由于阴阳极的工作气氛及任务不同(阳极在还原气氛中工作，需要催化燃料气氧化，阴极在氧化气氛中工作，需要催化氧气还原)，因此通常选用不同组分与性质的材料，电池各部件需要分步制备，工艺繁琐。

如果采用对称固体氧化物燃料电池(Symmetrical Solid Oxide Fuel Cell，SSOFC)构型，即阴阳极采用同一种材料，可极大简化电池制备工艺。Mn基A位层状钙钛矿材料LnBaMn₂O_5+δ是一种极具发展潜力的SSOFC电极材料，在较宽的氧分压下均保持结构稳定。Mn具有多种价态，因此材料在较宽氧分压下均具有较高的电导率，同时对氧还原和燃料氧化都具有一定的催化活性。

然而，当LnBaMn₂O_5+δ使用环境的氧分压发生改变时，电极与电解质匹配性差，电池稳定性低，如交换两极气体除去积碳，材料氧空位含量的大幅度变化，从而出现较大的化学膨胀，导致电极与电解质失配，氧分压改变而导致氧含量变化，导致电池稳定性降低。申请号为CN201810368928.3的中国专利公开了一种A位层状钙钛矿型材料，可以有效提高材料的催化活性，但是还无法解决氧化还原过程中稳定性的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种稳定性高的固体氧化物燃料电池电极材料。本发明提供的技术方案如下：

一种固体氧化物燃料电池电极材料，所述电极材料同时用于电池阴极和阳极，所述电极材料分子式为：LnBaMn_2-xM_xO_5+δ；

其中，0≤x≤0.5，0≤δ≤1，Ln包括La、Pr、Nd、Sm或/和Gd，M包括Ti、V、Zr、Sc、Nb、Mo、Sn或/和Ge。

进一步的，所述电极材料包括La、Pr或/和Nd。

进一步的，所述电极材料的制备方法包括如下步骤：

1)制备所述LnBaMn_2-xM_xO_5+δ溶胶；

2)热处理所述溶胶制得所述前驱体粉末；

3)热处理步骤2)所得粉末，制得所述电极材料。

进一步的，所述步骤1)包括如下步骤：

a)将包含Ln、Ba、Mn、M和O元素的原料溶于稀硝酸中并混合均匀；

b)在步骤a)所得混合液中加入柠檬酸和EDTA；

c)调节步骤b)所得混合液的pH至5-8，并于50-100℃下水浴。