氧化物颗粒、包含其的阴极和包含其的燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及氧化物颗粒，其具有钙钛矿ABO3结构；包含其的阴极；阴极组合物；和包含其的燃料电池。当与现有电极组合物相比时，本发明专利技术的阴极组合物使用具有优异表面电阻性能的氧化物颗粒，具有与电解质材料的反应性低的优点，具有与电解质材料相似的热膨胀系数，并且提供具有优异耐化学性的燃料电池。

Oxide particles, the cathode containing it and the fuel cells containing it

The invention relates to oxide particles, which have a perovskite ABO3 structure, a cathode containing it, a cathode composition, and a fuel cell containing it. When compared with the existing cathode electrode composition, using the composition of the present invention has excellent electrical properties of surface oxide particles, has the advantages of low reactivity and electrolyte materials, and electrolyte materials with similar coefficient of thermal expansion, and provide excellent resistance to chemical fuel cell of the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化物颗粒、包含其的阴极和包含其的燃料电池
本说明书涉及一种氧化物颗粒、包含其的空气电极和包含其的燃料电池。
技术介绍
燃料电池是通过电化学反应将燃料和空气的化学能直接转化为电和热的装置。与采用燃料燃烧、蒸气发生、涡轮驱动和发电机驱动过程的现有发电技术不同，燃料电池没有燃烧过程或驱动装置，因此在提供高效率的同时不会引起环境问题。由于几乎不排放空气污染物质如SOx和NOx并且二氧化碳的产生很少，因此这样的燃料电池是无污染发电的，并且具有低噪音和无振动的优点。燃料电池采用多种类型，例如磷酸型燃料电池(PAFC)、碱型燃料电池(AFC)、聚合物电解质膜型燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)，其中，固体氧化物燃料电池的优点在于：与热力发电不同，可以预期高效率，并且获得燃料多样性，除此之外，由于固体氧化物燃料电池在800℃或更高的高温下运行，因此与其他燃料电池相比，其更少依赖于昂贵的催化剂。然而，尽管具有电极活性增加的优点，但是高温运行条件可能导致由形成固体氧化物燃料电池的金属材料的耐久性和氧化引起的问题。因此，国内外许多研究机构努力开发中低温型固体氧化物燃料电池。作为这样的中低温型固体氧化物燃料电池的空气电极材料，通常使用镧锶钴铁氧体(LSCF)作为钙钛矿型(ABO3)氧化物颗粒，与其他组成相比，就化学耐久性、长期稳定性和电特性而言，镧锶钴铁氧体是在中低温下适用性最高的材料。然而，就长期稳定性和电化学方面而言，镧锶钴铁氧体还有很多改进的空间，并且这样的研究一直在进行中。现有技术文献-韩国专利申请特许公开号10-2005-0021027。
技术实现思路
技术问题本说明书的一个实施方案涉及提供一种氧化物颗粒。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种包含氧化物颗粒的空气电极组合物。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种包含氧化物颗粒的空气电极。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种由空气电极组合物形成的空气电极。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种用于制备空气电极的方法，其包括使用空气电极组合物形成电极。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种包括空气电极的燃料电池。本说明书的另一个实施方案涉及提供一种包括燃料电池作为单元电池的电池模块。技术方案本说明书的一个实施方案提供了一种由以下化学式1表示并且具有钙钛矿型(ABO3)结构的氧化物颗粒。[化学式1]Bix(M1)1-xEO3-δ在化学式1中，0.2<x<0.8，M1为选自钡(Ba)、钠(Na)、钾(K)和钆(Gd)的一种或更多种元素，E为选自以下的一种或更多种元素：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、镓(Ga)、锗(Ge)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tr)、镱(Yb)和铁(Fe)，以及δ为使氧化物颗粒呈电中性的值。本说明书的另一个实施方案提供了一种包含氧化物颗粒的空气电极组合物。本说明书的另一个实施方案提供了一种包含氧化物颗粒的空气电极。本说明书的另一个实施方案提供了一种由空气电极组合物形成的空气电极。本说明书的另一个实施方案提供了一种用于制备空气电极的方法，其包括使用空气电极组合物形成电极。本说明书的另一个实施方案提供了一种包括空气电极的燃料电池。本说明书的另一个实施方案提供了一种包括燃料电池作为单元电池的电池模块。有益效果与现有电极组合物相比，根据本说明书的一个实施方案的空气电极组合物具有薄层电阻性能优异的优点。根据本说明书的一个实施方案的空气电极组合物具有与电解质材料的反应性低的优点。根据本说明书的一个实施方案的氧化物颗粒具有与电解质材料相似的热膨胀系数，从而具有耐化学性优异的优点。附图说明图1为比较根据本说明书的一个实施方案的空气电极材料与比较例1至3的空气电极材料之间的薄层电阻性能的图。图2为使用铋钡铁氧化物(BiBF)作为空气电极的固体氧化物燃料电池的扫描电子显微镜(SEM)测量图像。具体实施方式当参照以下结合附图详细描述的实施方案时，本申请的优点和特征及用于实现这些优点和特征的方法将变得清楚。然而，本申请不限于以下描述的实施方案，可以以各种不同的形式实现，并且本申请的实施方案使本申请的公开内容完整，是为了向本领域技术人员完全公开本公开内容的范围而提供，并且本申请仅由权利要求书的范围限定。除非另外指明，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)可以根据本领域技术人员通常可理解的含义使用。此外，除非另外明确具体地限定，否则常用字典中限定的术语不应被理想或过度地解释。在下文中，将详细描述本公开内容。本说明书的一个实施方案提供了一种由以下化学式1表示并且具有钙钛矿型(ABO3)结构的氧化物颗粒。[化学式1]Bix(M1)1-xEO3-δ在化学式1中，0.2<x<0.8，M1为选自钡(Ba)、钠(Na)、钾(K)和钆(Gd)的一种或更多种元素，E为选自以下的一种或更多种元素：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、镓(Ga)、锗(Ge)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tr)、镱(Yb)和铁(Fe)，以及δ为使氧化物颗粒呈电中性的值。根据本说明书的一个实施方案，δ表示氧空位，意指使由化学式1表示的氧化物颗粒呈电中性的值，例如可为0.1至0.4的值。现有燃料电池在高于850℃且低于或等于1000℃的较高温度下运行，因此当考虑燃料电池组分的化学或物理稳定性时，存在以下缺点：材料选择受到很大限制，并且用于保持在高温下的效率的附带费用相当高。因此，当降低这样的燃料电池的运行温度时，可以获得以下优点：例如可用于燃料电池组分的材料增加，以及确保材料的长期稳定性。鉴于以上所述，出现了对将燃料电池的运行温度降低至高于或等于600℃且低于或等于850℃的中低温的需求，并且对可以在中低温下使用的材料和组分的需求增加。然而，即使在中低温下运行固体氧化物燃料电池时，也出现以下问题：例如空气电极的电阻增加，并且就长期稳定性和电化学特性而言，常用作现有中低温型燃料电池的空气电极材料的镧锶钴铁氧体(LSCF)需要补充。鉴于以上所述，本公开内容的专利技术人对具有更优异性能的空气电极组合物进行了研究，专利技术了由化学式1表示且具有钙钛矿型结构的氧化物颗粒，并且确定了使用包含根据本说明书的一个实施方案的氧化物颗粒的空气电极组合物形成燃料电池的空气电极在降低薄层电阻和/或提高电池的化学耐久性等方面是有效的。在本说明书中，钙钛矿型氧化物颗粒意指具有表现出超导电现象以及非导体、半导体和导体特性的立方晶体结构的金属氧化物颗粒。根据本说明书的一个实施方案，钙钛矿型氧化物颗粒可由化学式ABO3表示。A的位置为立方单元的顶点，B的位置为立方单元的中心，这样的元素与氧一起的配位数为12。本文中，选自稀土元素、碱土元素和过渡元素的任何一种或两种或更多种阳离子元素可位于A和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由以下化学式1表示并且具有钙钛矿型结构的氧化物颗粒：[化学式1]Bix(M1)1‑xEO3‑δ其中，在化学式1中，0.2<x<0.8；M1为选自钡(Ba)、钠(Na)、钾(K)和钆(Gd)的一种或更多种元素；E为选自以下的一种或更多种元素：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、镓(Ga)、锗(Ge)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tr)、镱(Yb)和铁(Fe)；以及δ为使所述氧化物颗粒呈电中性的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.27 KR 10-2015-00741161.一种由以下化学式1表示并且具有钙钛矿型结构的氧化物颗粒：[化学式1]Bix(M1)1-xEO3-δ其中，在化学式1中，0.2&lt;x&lt;0.8；M1为选自钡(Ba)、钠(Na)、钾(K)和钆(Gd)的一种或更多种元素；E为选自以下的一种或更多种元素：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、镓(Ga)、锗(Ge)、铌(Nb)、钼(Mo)、铟(In)、锡(Sn)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tr)、镱(Yb)和铁(Fe)；以及δ为使所述氧化物颗粒呈电中性的值。2.根据权利要求1所述的氧化物颗粒，其中M1为钡...

【专利技术属性】
技术研发人员：任上赫，卢泰敏，柳昌锡，崔光郁，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR