一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法。本发明专利技术包括如下步骤将氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒增添到预先制备的大面积平板型到固体氧化物燃料电池的阴极上。本发明专利技术在现有的固体氧化物燃料电池的LSM‑YSZ阴极骨架基础上，通过注入纳米级氧化钯颗粒作为催化剂，再通过稳定剂抑制氧化钯纳米颗粒的团聚与持续长大，从而保持纳米级氧化钯颗粒催化剂的催化活性及长期工作稳定性。本发明专利技术可以使得PdO/ZrO2+LSM‑YSZ阴极具有较好的电化学性能及长期工作稳定性，显著提高了固体氧化物燃料电池的输出功率，适合于大面积平板型固体氧化物燃料电池在工业上的推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极及其制备方法
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，具体地涉及一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极及其制备方法。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能将燃料中的化学能以高效、清洁、安静的方式转化为电能的能量转换装置。传统的高温SOFC面临较高的制备与维护成本，以及长期运行过程中的性能衰减等问题，因而中低温SOFC(IT-SOFC)成为目前研究的重点。IT-SOFC具有材料成本低廉、组件易于加工、长期工作性能稳定等优点。由于工作温度的降低而导致传统阴极(如La0.8Sr0.2MnO3，LSM)所产生的活化损耗过高，这成为IT-SOFC发展亟待解决的难点之一。PdO作为贵金属氧化物催化剂在IT-SOFC中具有良好的应用前景，其对传统LSM阴极电化学性能具有显著的提升效果。然而PdO纳米颗粒易在高温及放电条件下易发生团聚长大，导致阴极性能衰减。因此系统性地研究PdO注入阴极性能的衰减机制以及探索如何改善PdO在IT-SOFC工作条件下的长期稳定性方法对于制备高性能长寿命的SOFC单电池具有重要意义。因此，如何在大电流环境下保证PdO纳米颗粒形态的稳定性是大面积平板型固体氧化物燃料电池的关键因素。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种可以提高固体燃料电池工作效率的一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法。本专利技术实现上述技术目的技术方案如下：一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，包括如下步骤：在预先制备的大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极上注入氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒，并进行烧结成型。通过在阴极的多孔表面上形成均匀分布的氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒层，以催化电化学性能并保持阴极性能稳定。进一步地，所述稳定剂为锆基稳定剂。又进一步地，所述锆基稳定剂为YSZ或氧化锆。还进一步地，在所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极注入氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒的具体方式为，制备含氧化钯及其稳定剂的混合溶液，并将所述混合溶液对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极进行喷涂。更进一步地，对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极进行喷涂具体包括，将所述混合溶液进行雾化后，通过喷涂设备将雾化后的混合溶液喷涂至所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极的表面；所述烧结成型具体包括，对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极进行烘干及热处理，在所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极骨架内形成具有纳米结构的纳米催化剂层。又进一步地，所述制备含氧化钯及其稳定剂的混合溶液，具体包括，将PdCl2与Zr(NO3)4·5H2O或与Zr(NO3)4·5H2O以及钇盐混合，加入盐酸，充分搅拌，形成混合盐溶液；向所述混合盐溶液中加入柠檬酸作为第一络合剂，再在所述混合盐溶液中加入EDTA的氨水溶液作为第二络合剂；再加入氨水溶液至所述混合盐溶液pH值升至7.8～8.2；将所述混合盐溶液进行油浴、搅拌，蒸发水分，再加入表面活性剂。还进一步地，所述稳定剂为氧化锆；所述PdCl2与Zr(NO3)4·5H2O的摩尔比为95：5～80:20；用于对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极进行喷涂的混合溶液中，氧化钯的浓度为0.20～0.50mol/L，氧化锆的浓度为0.05～0.15mol/L。更进一步地，所述表面活性剂为醇类活性剂。再进一步地，所述表面活性剂为异丙醇。另一方面，本专利技术提出了一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极，通过前述的技术方案制备固体氧化物燃料电池的阴极。其中，阴极上注入的氧化钯纳米颗粒及其稳定剂的纳米颗粒直径不大于30nm。本专利技术可以使得PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在750℃工作温度下最终达到稳定，稳定后对应的RP值及达到稳定的时间分别为0.36Ωcm2(165h)、0.34Ωcm2(185h)及0.316Ωcm2(200h)，从而显著提高了固体氧化物燃料电池的峰值输出功率。本专利技术在现有的固体氧化物燃料电池的LSM-YSZ阴极骨架基础上，通过注入纳米级氧化钯颗粒作为催化剂，再通过稳定剂抑制氧化钯纳米颗粒的团聚与持续长大，从而保持纳米级氧化钯颗粒催化剂的催化活性及长期工作稳定性。本专利技术可以使得PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极具有较好的电化学性能及长期工作稳定性，显著提高了固体氧化物燃料电池的输出功率，适合于大面积平板型固体氧化物燃料电池在工业上的推广应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1(a)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在600至750℃间的开路EIS图；图1(b)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在600至750℃间的极化阻抗的Arrhenius曲线图；图2(a)为传统LSM-YSZ阴极在600至750℃间的阴极过电势与阴极电流密度之间的关系曲线图；图2(b)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在600至750℃间的阴极过电势与阴极电流密度之间的关系曲线图；图3(a)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在600至750℃间的Tafel曲线图；图3(b)为交换电流密度i0的Arrhenius曲线图；图3(c)为750℃及不同氧分压下的EIS图；图3(d)为极化阻抗值与氧分压之间的关系图；图4(a)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在750℃及400mAcm-2阴极极化电流密度下的EIS图；图4(b)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极在750℃及400mAcm-2阴极极化电流密度下的RP值随时间的变化图；图5为PdO/ZrO2+LSM-YSZ复合阴极的XRD图谱；图6为PdO/ZrO2、LSM-YSZ及PdO/ZrO2+LSM-YSZ三种粉体的O2-TPD曲线；图7为SEM形貌图：(a)单电池截面及(b)PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极；图8(a)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在650至750℃下以H2为燃料气及空气为氧化剂时的I-V-P性能曲线；图8(b)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在650至750℃下以H2为燃料气及空气为氧化剂时的I-V-P的EIS图；图9为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在750℃及400mAcm-2长期放电测试下电压随时间的变化；图10(a)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在750℃及400mAcm-2长期放电测试下0h时的EIS图及CNLS法拟合的数据；图10(b)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在750℃及400mAcm-2长期放电测试下100h时的EIS图及CNLS法拟合的数据；图10(c)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在750℃及400mAcm-2长期放电测试下170h时的EIS图及CNLS法拟合的数据；图10(d)为PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池在750℃及400mAcm-2长期放电测试下235h时的EIS图及CNLS法拟合的数据；图11(a)为(a)PdO/ZrO2+LSM-YSZ阴极单电池不同放电时期下EIS图对应的DRT曲线；图11(b)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在预先制备的大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极上注入氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒，并进行烧结成型。

【技术特征摘要】
1.一种大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在预先制备的大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极上注入氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒，并进行烧结成型。2.根据权利要求1所述的大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于：所述稳定剂为锆基稳定剂。3.根据权利要求2所述的大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于：所述锆基稳定剂为YSZ或氧化锆。4.根据权利要求3所述的大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于，在所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极注入氧化钯及其稳定剂的纳米颗粒的具体方式为，制备含氧化钯及其稳定剂的混合溶液，并将所述混合溶液对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极进行喷涂。5.根据权利要求4所述的大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于：对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池的阴极进行喷涂具体包括，将所述混合溶液进行雾化后，通过喷涂设备将雾化后的混合溶液喷涂至所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极的表面；所述烧结成型具体包括，对所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极进行烘干及热处理，在所述大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极骨架内形成具有纳米结构的纳米催化剂层。6.根据权利要求4或5所述的大面积平板型固体氧化物燃料电池氧化钯复合阴极制备方法，其特征在于：所述制备含氧化钯及其稳定剂的混合溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王傲，增辉，花仕洋，高亚新，金鑫，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42