[发明专利]一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池

说明书

本发明提供了一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料，具有式I所示化学式：Sr₂Fe_1.5Mo_0.5‑xSb_xO_6‑δ式I；其中，x为Sb的掺杂量，0＜x＜0.2，δ为氧的非化学计量。本发明对钙钛矿型结构ABO₃的Sr₂Fe_1.5Mo_0.5O_6‑δ(SFM)进行B位Sb掺杂，部分取代Mo元素，实验结果表明，Sb掺杂的燃料极材料在湿润的氢气和二氧化碳气氛中均具有较好的稳定性，此外，Sb掺杂的燃料极材料具有优异的抗积碳能力，即使以合成气或乙醇为燃料，长时间运行后，均没有积碳产生。Sb掺杂的SFM性能优异，稳定性好。本发明还提供一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料的制备方法和固体氧化物电池。

技术领域

本发明属于固体氧化物电池技术领域，尤其涉及一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池。

背景技术

固体氧化物电池(SOC)是一种全固态的能量转化器件，具有能量转化效率高、污染小和噪音低等优点，因而被广泛研究。SOC的工作模式有两种，分别是固体氧化物燃料电池(SOFC)和固体氧化物电解池(SOEC)，两者互为可逆操作。SOFC可将氢气、一氧化碳和合成气等燃料中的化学能直接转化为电能；相反地，SOEC可进行电解水、二氧化碳和共电解等操作将电能转化为氢气、一氧化碳和合成气等燃料。SOC的关键部件主要由燃料极、空气极、电解质和集流体组成，其中，燃料极主要发生电化学氧化和还原反应，且需要在多种气氛中运行，如氢气、碳氢燃料气和二氧化碳等，因此，这对燃料极材料的选择提出了较高要求。燃料极材料需要有较高的催化活性，较好的氧化还原循环性能，且具备抗积碳和耐二氧化碳毒化的能力，燃料极材料的性能和稳定性直接决定着整个SOC的运行状况。

在SOC燃料极材料中，金属镍(Ni)与氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)组成的金属陶瓷复合电极(Ni-YSZ)是应用最广泛的燃料极材料，其中金属Ni具有优异的电子电导率和催化活性，YSZ具有较高的氧离子电导率，因此，Ni-YSZ金属陶瓷复合燃料极具有优异的电化学性能。然而，根据文献Properties and development of Ni-YSZ as an anode material insolid oxide fuel cell:A review(B.Shri Prakash,S.SenthilKumar,S.T.Aruna.Renewable and Sustainable Energy Reviews 36(2014)149–179)的报道，在SOC实际操作中，当电池长时间运行时，金属Ni容易迁移、团聚；当使用碳氢燃料时，金属Ni容易积碳；这都将造成SOC电池性能衰减。此外，Ni-YSZ复合燃料极不具备氧化还原循环能力。以上不足之处限制了Ni-YSZ的商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料、其制备方法及固体氧化物电池，本发明中的燃料极材料具有较高的催化活性，较好的稳定性，优异的抗积碳和耐二氧化碳能力，利于在固体氧化物电池燃料极材料技术领域的应用。

本发明提供一种抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料，具有式I所示化学式：

Sr₂Fe_1.5Mo_0.5-xSb_xO_6-δ式I；

其中，x为Sb的掺杂量，0＜x＜0.2。

优选的，所述x为0.05、0.10或0.15。

优选的，所述燃料极材料的粒径为100～500nm。

本发明提供如上文所述的抗积碳和耐二氧化碳的燃料极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将柠檬酸和甘氨酸溶二次蒸馏水中，得到溶液A；