一种固体氧化物燃料电池技术领域的用于对称型固体氧化物燃料电池的电极及复合电极材料(LSCMCu)，其分子式为(La1-xSrx)a(Cr1-y-zMnyCuz)bO3-δ，其中0.01<x<1，0.01<y≤0.5，0<z<0.5，0.8<a/b<1.2，-0.5<δ<0.5；本发明专利技术通过改进传统SOFC因使用不同的阴、阳极材料，在材料制备和电池制备过程中需要多次焙烧、浆料球磨和烧结等过程，制备工艺复杂、成本高，能耗和废气排放大等的不足，较目前使用的对称型SOFC的电极材料(La1-xSrx)a(Cr1-yMny)bO3-δ的电导率和阴阳极的电催化性能有了显著提高，可获得更高的全电池输出性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种固体氧化物燃料电池
的新材料，具体是一种用于对称型固体氧化物燃料电池的电极及其与氧化铈基、氧化锆基电解质的复合电极材料。
技术介绍
固体氧化物燃料电池（SOFC）是已专利技术的将化学燃料直接转化为电能的最有效的装置之一，具有燃料适用范围广和环境友好等优点。目前，SOFC商业化应用的主要瓶颈是成本过高，因此，采用成本更低的材料合成工艺，电池制备工艺，同时提高材料的性能并改善电池结构使之具有更高的输出功率，对推进SOFC的商业化进程有重要的现实意义。金属-陶瓷复合阳极如Ni-YSZ（Y2O3稳定的ZrO2）是目前广泛使用的SOFC阳极材料，它对氢燃料气表现出良好的催化性能和电流收集效率，但同时也具有一些固有缺陷，如在使用天然气和煤气等碳氢燃料时，易出现碳沉积和硫中毒等现象，且长时间高温条件下工作Ni的金属颗粒易发生团聚，从而使阳极三相界面（TPB）区域缩小，极化阻抗增大，由此导致阳极性能的严重下降。Cu-CeO2阳极在使用碳氢燃料时具备良好的抗积碳性能，但由于Cu熔点较低而无法通过传统的共烧法制备阳极支撑型SOFC，限制了其在更高温度的应用。因此，开发可克服上述缺点的新型的SOFC阳极材料，具有十分积极的意义。此外，目前SOFC的另一个研究热点就是开发具有新结构的电池，比如对称型SOFC，即用同一种材料既作为阳极，又作为阴极。开发适用于此种SOFC的电极材料可以大大简化电池的制备工艺，降低电池的制备成本。但是，难点在于要求电极材料不但同时具有阳、阴极活性，且在还原和氧化气氛下都具备较好的稳定性和良好导电性。经过对现有技术的检索发现，《Journal of MaterialsChemistry，2006，16，1603–1605；中文译名：材料化学期刊，公开日期：2006年3月9日》，La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ(LSCM)可以作为对称全电池的电极材料但以湿氢为燃料气，纯氧为阴极气氛时，900℃时所制备电池的输出功率为300mW·cm-2。如果阴极气氛使用常用的空气气氛（氧分压为20%）时，该电池的输出功率将会进一步降低。文献《Journal of Alloys and Compounds，2013，576，341-344;中文译名：合金和化合物期刊，公开日期：2013年6月10日》又报道了A位Ce取代的钙钛矿氧化物La0.75Sr0.25-xCexCr0.5Mn0.5O3-δ作为对称全电池的电极材料，在使用5%H2S-5%湿氢，以空气为阴极氧化气氛时，900℃电池的输出功率仅为17.86mW·cm-2。虽然将阳极燃料气替换为湿氢时电池功率将有一定的提高，但电池输出功率仍然较低，不能满足应用的要求。因此，制备同时具有较高阳极和阴极催化活性的材料，获得较高的全电池输出性能是目前对称型SOFC的研究难点。中国专利文献号CN101820072A，公开日2010.09.01，公开了一种具有对称电极的固体氧化物燃料电池的制备方法。制备得到La1-xSrxCr1-yMyO3中0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5，M为Mn、Cu、Fe、Ti、Ni、V、Ru或Mg；但该技术所用电极材料的电导率偏低，其分别作为阳极和阴极的电催化性能无法满足现有工业技术的需要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于对称型固体氧化物燃料电池的电极及复合电极材料，改进传统SOFC因使用不同的阴、阳极材料，在材料制备和电池制备过程中需要多次焙烧、浆料球磨和烧结等过程，制备工艺复杂、成本高，能耗和废气排放大等的不足，较目前使用的对称型SOFC的电极材料(La1-xSrx)a(Cr1-yMny)bO3-δ的电导率和阴阳极的电催化性能有了显著提高，可获得更高的全电池输出性能。本专利技术通过在(La1-xSrx)a(Cr1-yMny)bO3-δ的B位掺入Cu，制备（La1-xSrx）a(Cr1-y-ZMnyCuz)bO3-δ(LSCMCu)系列电极材料。少量Cu的掺入能提高材料在氧化和还原气氛中的电导率，并显著改善其阴阳极电催化性能。且由于该阴极材料中不含易挥发的Co元素，因此材料用于阴极时的性能稳定性得以大大的提高。以上这些特点，使得LSCMCu成为极有潜力的一种对称型SOFC电极材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种对称型固体氧化物燃料电池(SOFC)的电极材料(LSCMCu)，其分子式为(La1-xSrx)a(Cr1-y-zMnyCuz)bO3-δ，其中0.01<x<1，0.01<y≤0.5，0<z<0.5，0.8<a/b<1.2，-0.5<δ<0.5。所述的电极材料在600-900℃之间具有很好的氢氧化催化和氧还原催化性能，可同时用于SOFC的阴阳极材料，且与氧化铈基和氧化锆基电解质具有良好的化学相容性，适合用于制备对称型SOFC。优选地，0.01<x<1，y=0.5，0.01<z<0.2。进一步优选地，0.1<x<0.8，a/b=1且a=b=1。本专利技术涉及上述电极材料的制备方法，通过将La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2的水溶液和Cu(NO3)2·3H2O，溶解于EDTA的氨水溶液中；加入柠檬酸后加热至水分蒸发得到凝胶物；再将凝胶物热处理得到蓬松的粉体前驱体，最后将粉体前驱体焙烧即可得所述的电极材料。所述的EDTA、柠檬酸和总金属离子（即La3+、Sr2+、Cr3+、Mn2+、Cu2+的总和）的摩尔比为1:1.5:1。优选地，所述的水溶液的浓度为50%(w/w)。优选地，在加入柠檬酸后用氨水调节溶液的pH值至7-10。所述的加热，其温度为50-110℃。所述的热处理，其温度为200-500℃。所述的焙烧，其温度为600-1200℃。本专利技术涉及一种基于LSCMCu的复合电极材料，包括LSCMCu-SDC、LSCMCu-GDC、LSCMCu-YSZ和LSCMCu-ScSZ，其中：LSCMCu-SDC中采用的电解质为Ce1-xSmxO2-ε；LSCMCu-GDC中采用的电解质为Ce1-xGdxO2-ε，LSCMCu-YSZ中采用的电解质为Zr1-xYxO2-ε，LSCMCu-ScSZ中采用电解质为Zr1-xScxO2-ε，-0.5<ε<0.5。本专利技术涉及上述复合电极材料的制备方法，通过将上述电极材料(LSCMCu)与电解质片YSZ、ScS本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种对称型固体氧化物燃料电池的电极材料，其特征在于，其分子式为(La1‑xSrx)a(Cr1‑y‑zMnyCuz)bO3‑δ，其中0.01<x<1，0.01<y≤0.5，0<z<0.5，0.8<a/b<1.2，‑0.5<δ<0.5。
【技术特征摘要】
1.一种对称型固体氧化物燃料电池的电极材料，其特征在于，其分子式为
(La1-xSrx)a(Cr1-y-zMnyCuz)bO3-δ，其中0.01<x<1，0.01<y≤0.5，0<z<0.5，0.8<a/b<1.2，
-0.5<δ<0.5。
2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征是，0.01<x<1，y=0.5，0.01<z<0.2。
3.根据权利要求1或2所述的电极材料，其特征是，0.1<x<0.8，a/b=1且a=b=1。
4.一种根据上述任一权利要求所述电极材料的制备方法，其特征在于，通过将
La(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)2、Cr(NO3)3·9H2O、Mn(NO3)2的水溶液和Cu(NO3)2·3H2O，溶解于EDTA
的氨水溶液中；加入柠檬酸后加热至水分蒸发得到凝胶物；再将凝胶物热处理得到蓬松的粉体
前驱体，最后将粉体前驱体焙烧即可得所述的电极材料；
所述的EDTA、柠檬酸和总金属离子的摩尔比为1:1.5:1。
5.一种基于上述任一权利要求中所述的对称型固体氧化物燃料电池的电极材料的复合电
极材料，其特征在于，包括LSCMCu-SDC、...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢军，尹屹梅，孙琳，马紫峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。