[发明专利]一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极及其制备方法。所述复合阴极由分子式分别为La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3‑δ和LaSrCo_0.2Fe_0.8O_4‑δ的两种材料的复合而成。制备方法为：根据分子式配置含有La、Sr、Co、Fe离子的阳离子溶液；将沉淀剂加入到阳离子溶液中进行反应，所得的沉淀溶液经过陈化、过滤、洗涤、烘箱中干燥后，过筛，煅烧，得到SP和RP粉体；粉体球磨后涂覆于SDC电解质薄片两面，然后煅烧。所得阴极在750℃开路下工作100h内阻抗基本稳定在0.1Ωcm²，降低了复合阴极材料的制备成本和阻抗，具有高稳定性。

技术领域

本发明涉及一种中温固体氧化物燃料电池用高性能复合阴极材料的制备方法，属于固体氧化物燃料电池制备领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。由于高温下电极容易出现烧结问题，近年来SOFC的研究致力于将操作温度降低到中温（600-800℃）以提高使用寿命。但是，SOFC的传统阴极材料在中温下电化学还原氧的活性差，电池的整体效率低。这是由于，钙钛矿A位上半径较大的碱土金属阳离子，如Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺等容易从初始钙钛矿晶格中以氧化物的形式偏析析出，形成的第二相导电性能差，阻碍了电子的传递并降低电极表面与异质界面的氧空穴浓度，严重损害氧反应效率。

为了抑制钙钛矿结构材料A位的有害偏析，我们需要制备SP和RP两相复合的阴极材料。目前，固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法有固相合成和PLD薄膜制备等途径。PLD法制得的SP-RP复合薄膜结构虽然能增强电极表面交换动力学（近2个数量级）、活化界面处的电子转移，也大大增加电极的稳定性，但设备昂贵难以规模化使用。采用固相法直接混合SP和RP制备复合电极，两相间较难分散均匀，容易发生聚集，难以形成预期的纳米结构和理想的异质界面，阻碍氧离子和电子在电极本体的传输。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有固相法中SP和RP两相分散不均匀阻碍氧离子和电子传输的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中温固体氧化物燃料电池复合阴极，其特征在于，由分子式分别为La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ和LaSrCo_0.2Fe_0.8O_4-δ的两种材料的复合而成。

本发明还提供了上述中温固体氧化物燃料电池复合阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）：根据分子式La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O₃-_δ和LaSrCo_0.2Fe_0.8O_4-δ，配置含有La、Sr、Co、Fe离子的阳离子溶液；

步骤2）：将沉淀剂碳酸氢铵和氨水的混合溶液逐滴加入到上述阳离子溶液中进行反应，反应的同时不停搅拌直至反应完全，得到沉淀溶液；

步骤3）：将步骤2）所得的沉淀溶液经过陈化、过滤、洗涤、烘箱中干燥后，过筛，在马弗炉中煅烧，得到SP和RP粉体；

步骤4）：将步骤3）所得的SP和RP粉体放入球磨罐中进行球磨；

步骤5）：将球磨获得的黑色浆料涂覆于SDC电解质薄片两面，然后煅烧，即得中温固体氧化物燃料电池复合阴极。