[发明专利]一种固体氧化物燃料电池自组装高性能核壳结构阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固体氧化物燃料电池自组装高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极及其制备方法，具体包括以下步骤：（1）将La₂NiO_4+δ阴极浆料涂覆在电解质上，并在一定温度下烧结一定时间，（2）对烧结好的阴极表面涂覆上一定厚度Pt电极浆料，在一定温度下烘干一段时间；（3）将阴极在一定温度、一定气氛下施加电流，进行一定时间的电化学极化，即可制备出高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构的阴极。通过电化学极化使La₂NiO_4+δ阴极材料表面形成一层Pt外壳，有效的提高了阴极材料的催化活性。本发明具体条件温和可控，固体氧化物燃料电池输出性能显著提高，在燃料电池高性能电极制备领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于燃料电池催化材料制备技术领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池自组装高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极及其制备方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFCs）是电化学能量转换器，它可以直接将燃料的化学能转化为电能。由于高效率和环境友好性，这种类型的燃料电池在过去几十年中已在世界范围内进行了研究。最近，SOFC技术的研究工作集中在改进性能，以及提高耐用性和可靠性。例如，具有K₂NiF_4+δ型层状结构的合物 Ln₂NiO_4+δ（Ln = La，Pr，Nd），由于其高的氧离子体积扩散以及表面交换系数而具有良好的离子导电性和热膨胀性能，但是其电子导电性相对较弱。Pt电极具有很强的电子导电性，由于其高的电子导电性通常也作为电极集流体使用。

在固体氧化物燃料电池研究领域中，为了提升阴极的性能，可以通过机械混合、修饰或浸渍方法制成复合阴极，使阴极具有更好的混合导电性，增强阴极的催化活性、离子导电性和电子导电性。La₂NiO_4+δ阴极通常与电子导电性强的材料制成复合阴极，而Pt具有很强的电子导电性和催化性能。本发明首创利用电化学极化法制备高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极材料，通过施加电流使Pt对La₂NiO_4+δ阴极表面进行均匀包覆，生成核壳结构，大幅提高了阴极的性能。

发明内容

本发明提供了一种固体氧化物燃料电池自组装高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极及其制备方法。在电池工作温度（500~900℃）内，利用电化学极化法使Pt层对La₂NiO_4+δ阴极材料进行很好的包覆，形成有利于氧还原反应的核壳结构，这一结构优化了La₂NiO_4+δ阴极催化活性，从而使固体氧化物燃料电池的输出性能大幅度提高。

本发明通过如下技术方案进行实施：

一种固体氧化物燃料电池自组装高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极及其制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将La₂NiO_4+δ阴极浆料涂覆在电解质上，进行烧结得到阴极；

（2）将步骤（1）烧结好的阴极表面涂覆上Pt电极浆料，烘干备用；

（3）将烘干后的阴极施加电流进行电化学极化，即制得固体氧化物燃料电池自组装高性能Pt@La₂NiO_4+δ核壳结构阴极。

步骤（1）中，电解质为Zr_0.84Y_0.16O₂与Gd_0.1Ce_0.9O_1.95双层电解质。