[发明专利]一种LSCF-GDC核壳结构阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种LSCF‑GDC核壳结构阴极，包括结合层以及连接所述结合层表面的LSCF层外壳；所述结合层与电池阻隔层连接；所述结合层包括GDC内核骨架，GDC内核浆料沉积在GDC阻隔层表面，所述GDC内核骨架内填充有LSCF；所述LSCF中含有Gd阳离子和Ce阳离子的稳定的立方钙钛矿相的LSCF晶格；以及公开了LSCF‑GDC核壳结构阴极。通过所述阴极及其制备方法既解决了阴极与阻隔层的稳定性问题，又提高阴极的离子、电子电导，以及电化学性能。

技术领域

本发明涉及固体氧化物燃料电池领域，具体涉及了LSCF-GDC阴极的领域。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的能源转化装置，可以用于便携式电源、热电联供以及大型发电设备，其效率高，无污染，燃料选择范围广，应用前景广阔，因而成为众多学者研究的热点。高温固体氧化物燃料电池由于需要昂贵的铬酸镧作为连接体，成本极高，不利于固体氧化物燃料电池的应用。为了降低固体氧化物燃料电池的成本，需要将其工作温度降到中低温，利用廉价的金属连接体。现在SOFC通常采用LSCF作为阴极材料，采用YSZ作为电解质，但是Sr元素容易在表面偏析，与YSZ反应生成La₂Zr₂O₇和SrZrO₃等高阻相，导致电子、离子电导降低；因此在电解质YSZ与阴极LSCF之间增加了GDC作为阻隔层。GDC阻隔层需要薄而致密，才能既起到防止La₂Zr₂O₇和SrZrO₃等高阻相的生成，又能不因为阻隔层厚而增加离子的传导路径导致离子电导降低，但是由于LSCF的热膨胀系数较高，存在GDC与LSCF结合时，由于膨胀系数差距大不匹配，造成烧结过程中以及电极使用过程中出现分层或开裂现象。

对于现在固体氧化物燃料电池中阴极与阻隔层结合牢固，且不降低离子、电子电导成为固体氧化物燃料电池需要解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于，解决了固体氧化物燃料电池中阴极与阻隔层膨胀系数差距大不匹配结合不稳定的问题，同时提高了离子、电子电导以及电性能，提供了一种LSCF-GDC核壳结构阴极以及其制备方法，既解决了阴极与阻隔层的稳定性问题，又提高阴极的离子、电子电导，以及电性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

根据本发明一个方面提供了一种LSCF-GDC核壳结构阴极，包括结合层以及连接所述结合层表面的LSCF层外壳；所述结合层与电池阻隔层连接；所述结合层包括GDC内核骨架，GDC内核浆料沉积在GDC阻隔层表面，所述GDC内核骨架内填充有LSCF；所述LSCF中含有Gd阳离子和Ce阳离子的稳定的立方钙钛矿相的LSCF晶格。

本发明相对于现有技术的有益效果在于，通过包括结合层，所述结合层包括GDC内核骨架，实现GDC内核骨架与GDC阻隔层的热膨胀系数相匹配，GDC内核与GDC阻隔层结合牢固，又由于GDC内核为多孔骨架结构，且结合层内包括LSCF，实现结合层与LSCF层外壳结合牢固，最终提高了阴极与阻隔层的稳定性，避免出现LSCF-GDC核壳阴极与GDC阻隔层的结合强度低问题；

LSCF-GDC核壳阴极与GDC阻隔层的结合，由于GDC内核骨架为多孔骨架结构，增加了电子、离子通量，在解决了结合强度高问题的同时，又避免了电子、离子的传导路径增加，实现电子、离子电导降低；通过所述GDC内核骨架内部的LSCF和/或LSCF层外壳，包括含有Gd阳离子和Ce阳离子的稳定的立方钙钛矿相的LSCF晶格，既增加了阴极的稳定性，又提高了阴极电子、离子的电导；

GDC内核骨架提供了足够的氧离子传输路径，减小中间氧物种的传输能垒，同时由于LSCF-GDC核壳阴极具有核壳结构延长了三相反应界面长度，提高了阴极催化活性；

最终实现LSCF-GDC核壳结构阴极既与阻隔层结合牢固稳定性高，又提高了阴极的离子、电子电导以及电性能。