[发明专利]一种高活性固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料制备领域，特别是涉及一种高活性固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法。所述高活性固体氧化物电池氧电极材料化学式为：BaCo_0.8‑xFe_xZr_0.1Y_0.1O_3‑δ，其中，所述x选自0.1～0.4，δ为氧空位含量。本发明首次公开低温化制备固体氧化物电池的氧电极材料，低温下制备的材料具有较好的分散性以及具有较小的颗粒尺寸，在制备的固体氧化物电池中表现出优异的氧还原催化活性和高的电池输出功率。传统的制备温度较高，粉体尺寸较大，阴极孔隙率降低，不利于传质过程的进行和表面及体相的动力学过程。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，特别是涉及一种高活性固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年里，SOCs以其环境友好、能量转换效率高、燃料适应性广等突出特点受到了产业界和学术界的广泛关注。然而高温操作给商业化带来一些挑战，如电池性能明显退化、材料和制造成本高。这种操作温度的降低可以显著降低电池的操作和制造成本，并延长电池寿命，从而极大地促进了该技术的广泛应用。不幸的是，采用氧化钇稳定氧化锆电解质和纯电子导电La_0.8Sr_0.2MnO₃(LSM)的传统SOCs在降低温度下欧姆电阻和极化电阻迅速增加，因此，电池通常在600℃以下显示不令人满意的低功率输出。大量的工作用于开发具有更高导电性的新电解质，以及在降低温度下提高ORR性能的新阴极(降低电池的极化电阻)。通过使用薄膜电解质，发现在中温度下，发生ORR反应的氧电极对电池电阻的起主要贡献。因此，开发一种具有优异ORR活性的新型氧电极对SOCs发展具有重要意义。

对于传统的LSM阴极，ORR反应只发生在三相界面处，它需要在高温(850℃以上)下工作，以实现充分的反应动力学。钙钛矿的A和B位允许掺杂外来元素，但钙钛矿结构仍然可以维持。到目前为止，掺杂已被广泛用于调整钙钛矿的表面性质和体扩散，以调整其物理化学性质，包括ORR活性。虽然已有许多研究通过掺杂来提高SOCs氧电极材料的ORR活性，但能在质子导电电解质上有效地提高性能的工作仍然很少。传统的BCFZY的制备温度为1100℃左右，通过对BCFZY材料的制备方案进行设计和改良，可以进一步优化其体扩散和表面性能，并有望在中温条件下提高阴极性能。

为了进一步提固体氧化物电池的性能，解决目前氧电极活性低、质子电导率差的问题，本发明设计出低温化制备BCFZY粉体材料，通过系统地降低材料的制备温度，有效的调控材料的形貌和尺寸，从而提高低温下氧电极的催化活性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高活性固体氧化物电池氧电极材料及其制备方法，首次提出在低温下合成高活性氧电极材料BCFZY，打破传统的高温制备技术，并且实现高的电池输出性能，为固体氧化物电池低温化发展提供技术支撑，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一方面提供一种高活性固体氧化物电池氧电极材料，所述高活性固体氧化物电池氧电极材料化学式为：BaCo_0.8-xFe_xZr_0.1Y_0.1O_3-δ，其中，x选自0.1～0.4，δ为氧空位含量。

在本发明的一些实施方式中，所述高活性固体氧化物电池氧电极材料化学式为：BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ、或BaCo_0.5Fe_0.3Zr_0.1Y_0.1O_3-δ，所述δ为氧空位含量。

本发明另一方面提供如所述的高活性固体氧化物电池氧电极材料的制备方法，包括：提供氧电极材料的前驱体，通过所述前驱体低温烧结形成高活性固体氧化物电池氧电极材料。