[发明专利]包含负载的阳极碱基促进剂的固体氧化物燃料电池

说明书

根据本发明的固体氧化物燃料电池可以通过在阳极中负载碱基促进剂来提供具有改进的性能的固体氧化物燃料电池。

技术领域

本发明涉及通过在阳极中负载碱基促进剂而具有改进的性能的固体氧化物燃料电池。

背景技术

SOFC(固体氧化物燃料电池)是将化学能直接转化为电能的能量转换装置，并且由氧离子导电电解质和定位在其两侧上的阴极和阳极组成。

如果空气和燃料被供应到固体氧化物燃料电池的每个电极，则在阴极中，氧被还原以产生氧离子，并且所产生的氧离子通过电解质移动到阳极，并与在阳极中供应的氢反应以产生水。其中，由于电子在阳极中产生并且电子在阴极中被消耗，如果两个电极彼此连接，则它以电流流动的这样的方式操作。

由于固体氧化物燃料电池在高温操作，降低操作温度的研究正在进展，并且它通常与阴极和阳极的性能有关。尽管具有高电子-离子电导率的多种阴极材料正在被开发，但是迄今为止尚未开发可以替换Ni的优异的阳极材料。

因此，对于开发即使当固体氧化物燃料电池的操作温度降低时也具有高性能的阳极存在需求。

公开内容

技术问题

本发明的目的是通过在阳极中负载碱基促进剂来提供具有改进的性能的固体氧化物燃料电池。

技术解决方案

为了解决该问题，固体氧化物燃料电池包括阴极、阳极以及在阴极和阳极之间的电解质，其中阳极的孔的至少一部分包含作为碱金属化合物的促进剂。

由于固体氧化物燃料电池在高温操作，特别是阴极和阳极的性能应该被改进以便降低操作温度，并且本发明的特征在于改进阳极的性能。

先前，阳极的材料或形状被控制以便改进阳极的性能，但是性能改进是有限的，并且技术再现是困难的。然而，本发明通过引入碱金属前体同时按照原样使用先前使用的阳极的材料或形状来改进阳极的性能。

如本文所使用的术语‘促进剂’用于改进阳极的性能，并且它被负载在阳极中以改进性能而不破坏阳极的组分或形状，并且在这方面中，负载在阳极中的组分在本文中被称为‘促进剂’。

根据本公开内容的促进剂存在于阳极的孔中，并且当固体氧化物燃料电池被操作时，引入到阳极中的气体，例如氢气、烃燃料等接触促进剂。因此，如本文所使用的描述“阳极的孔的至少一部分包含促进剂”意指促进剂被插入阳极的孔的至少一部分中，并且当固体氧化物燃料电池被操作时，引入到阳极中的气体可以接触阳极的孔中的促进剂。同时，用于在阳极中负载促进剂的方法将稍后被解释。

本文中的促进剂意指碱金属化合物。优选地，碱金属化合物意指碱金属氧化物、碱金属氢氧化物或其组合。

具体地，当碱金属化合物的碱金属是M时，碱金属氧化物可以由M₂O表示，并且碱金属氢氧化物可以由MOH表示。作为碱金属(M)的实例，可以提及锂(li)、钠(Na)、钾(K)或铯(Cs)。

尽管在理论上没有限制，但是促进剂存在于阳极的孔中，并且同时接触阳极，并且因此，当阳极的表面被部分地氧化并且水分被引入到阳极的孔中时，大量水分被吸附在阳极的表面上。从而，促进剂解除了阳极和引入到阳极中的氢之间的强结合，因此促进阳极中氢的氧化，并且拓宽氢反应的区域，从而改进阳极的性能。此外，它可以在固体氧化物燃料电池的操作期间抑制碳在阳极上的沉积。

在这方面，阳极优选地是金属-陶瓷复合材料阳极。更优选地，金属-陶瓷复合材料的金属是Ni。最优选地，阳极是Ni和GDC的复合材料(Gd掺杂的CeO₂)。