本发明专利技术涉及基于二氧化铈和钛酸锶的电极。一种可通过包括以下步骤的方法获得的陶瓷阳极结构：（ａ）通过分散电子导电相的粉末和通过向分散体加入粘合剂提供浆，其中所述粉末选自由铌掺杂的钛酸锶、钒掺杂的钛酸锶、钽掺杂的钛酸锶和它们的混合物组成的组，（ｂ）烧结步骤（ａ）的浆，（ｃ）提供二氧化铈的前体溶液，所述溶液包含溶剂和表面活性剂，（ｄ）用步骤（ｃ）的前体溶液浸渍步骤（ｂ）获得的经烧结的结构，（ｅ）使步骤（ｄ）获得的结构经受煅烧，和（ｆ）实施步骤（ｄ）－（ｅ）至少一次。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及包括经掺杂的钛酸锶复合材料阳极(composite anodes)的固 体氧化物燃料电池(SOFC)。特别地，本专利技术涉及陶资阳极结构，该陶 资阳极结构包含经掺杂的钛酸锶的电子导电相(electronic conductive phase) 和良好地分散在该电子导电相中的基于二氧化铈(ceria)的氧化物相。更特 别地，本专利技术涉及经掺杂的钛酸锶复合材料阳极，该经掺杂的钛酸锶复合 阳极包含分散在其中的纳米尺寸的二氧化铈微晶的钆掺杂二氧化铈相 (CGO)，并且其中钛酸锶的掺杂剂是铌(Nb)、钒(V)或钽(Ta)。
技术介绍
为了能够用于燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)，阳极(燃 料电极)必须在高电化学活性和高氧化还原稳定性方面具有高的性能。在 现有技术中，Ni-YSZ阳极在通常高于800。C的高运行温度提供合理的电化 学活性，但一般氧化还原不稳定。由于Ni的还原和氧化引起的Ni-YSZ阳 极中的体积变化，在阳极材料中导致了损害燃料电池性能的不适当的机械 应力。在 Blennow 等的"Synthesis of Nb-doped SrTi03 by a modified glycine隱nitrate process", Journal of the European Ceramic Society, 2007中， 公开了一种制备用于SOFC阳极的Nb-掺杂的钬酸锶亚微米颗粒 (submicronic particles)的方法。US-A1-2005/0250000 Marina等公开了 一种具有两个单独的相的阳极， 其中一个是经掺杂的钛酸锶，另一个是经掺杂的二氧化铈；所述二氧化铈 包含Nb、 V、 Sb或Ta。所述钛酸锶相是更具有电子导电性的，但具有差 的电催化活性。另一方面，二氧化铈在烃氧化方面具有活性，但具有差的 电子导电率(electronic conductivity)。在"雨YSZ and Ni-Ce02/YSZ anodes prepared by impregnation of a solid oxide fuel cell", Journal of Sources中，Qiao等公开了通过流延和真空 浸渍制备Ni-Ce02/YSZ阳极。Ce02的加入据说提高了电池性能。美国专利5,350,641 Mogensen等公开了 Ce02基陶瓷在燃料电池中作 为阳极的用途。美国专利6,752,979 Talbot等公开了使用模板表面活性剂(templating surfactants)的纳米尺寸二氧化铈颗粒的制备。表面活性剂的除去和随后的 晶粒尺寸为2-10 nm的纳米尺寸颗粒的形成通过在例如30(TC煅烧实施。在"Mesoporous thin films of high-surface-area crystalline cerium dioxide", Microporous and Mesoporous Materials 54(2002), 97-103 中， Lunderg等公开了通过在约400。C的煅烧过程中除去模板表面活性剂的纳 米尺寸二氧化铈颗粒的形成。WO-A-2006/116153公开了 一种通过在渗透前除去溶液(包含金属盐、 表面活性剂和溶剂)的溶剂，在单一步骤中在多孔结构的孔壁上形成连续 的精细颗粒网络的方法。溶剂的除去通过加热实施。WO-A-2005/122300描述了由粉末悬浮液制造的金属支撑的阳极结 构，包含FeCr合金、用于阳极浸渍的包括ScYSZ和FeCr合金的层、电解 质层。烧结如此获得的半电池，并通过真空渗透使Ni、 Ce、 Gd硝酸盐溶 液浸渍到阳极层中，从而获得包含40vo10/。 Ni的阳极。随后将阴极层沉积 到电解质的表面上。然而，该申请没有提及在经掺杂的钛酸锶电子导电相 (担当阳极支撑物)中提供纳米尺寸的二氧化铈颗粒。US-A1-2004/0018409涉及固体氧化物燃料电池的制造，其中阳极、阴 极和电解质通过热喷涂生产。所述阳极可以包含钇掺杂的钛酸锶。但是， 该申请也完全没有提及通过浸渍在经掺杂的钛酸锶电子导电相中提供納 米尺寸二氧化铈颗粒。
技术实现思路
我们现在发现，使用新型陶瓷电极获得了意想不到的高性能，即在宽 温度范围(650-850°C )的高电化学活性，其中所述新型陶瓷电极可通过其 中在经掺杂的钛酸锶电子导电相的构架结构(backbone structure)中提供纳 米尺寸的二氧化铈颗粒的方法获得。因此，根据本专利技术，我们提供一种可通过包括以下步骤的方法获得的 陶资阳极结构(a) 通过分散电子导电相的粉末和通过向该分散体加入粘合剂提供浆 (slurry),其中所述粉末选自由铌掺杂的钛酸锶、钒掺杂的钛酸锶、钽掺杂 的4太酸锶、和它们的混合物组成的组，(b) 烧结(sintering)步骤(a)的浆，(C)提供二氧化铈的前体溶液，所述溶液包含溶剂和表面活性剂，(d) 用步骤(C)的前体溶液浸渍步骤(b)获得的经烧结的结构，(e) 使步骤(d)获得的结构经受煅烧(calcination)，和(f) 实施步骤(d) - (e)至少一次。在优选实施方案中，通过将电子导电组分和电解质结合也可以提供电 解质(electrolyte),即氧离子导电相(oxygen ion conducting phase)如经钇稳定 的氧化锆(zirconia) ( YSZ)。因此，本专利技术也包括可通过包括以下步骤的 方法获得的陶瓷阳极结构(a) 通过分散电子导电相的粉末和通过向该分散体加入粘合剂提供浆， 其中所述粉末选自由铌掺杂的钛酸锶、钒掺杂的钛酸锶、钽掺杂的钛酸锶 和它们的混合物组成的组，(b) 将所述电子导电相的浆与电解质结合，(c) 烧结所获得的多层结构，(d) 提供二氧化铈的前体溶液，所述溶液包含溶剂和表面活性剂，(e) 用步骤(d)的前体溶液浸渍步骤(c)获得的经烧结的多层结构，(f) 使步骤(e)获得的结构经受煅烧，和(g) 实施步骤(e) - (f)至少一次。在包括电解质的实施方案的一个具体实施方案中，将电子导电相的浆 施加到电解质上，例如通过用所述浆喷涂电解质。所述电解质可以是预烧 结的YSZ带的形式，如具有适当厚度(例如约100-200pm)的TZ8Y (TOSOH)。为了能够提供阳极支撑的(anode supported)电池，在另一个具体实施方 案中，电解质优选施加在充当集电器的电子导电相上。烧结如此形成的多 层结构，以获得阳极支撑的结构，其中所述电解质，如TZ8Y(Tosoh)， 是例如约l(Him的薄层的形式，而阳极支撑物(anode support),即电子导电 集电器相的厚度优选大得多，例如为10(Him。因此，在包括电解质步骤(b) 的实施方案中，可以包括通过流延(tape-casting)所述电子导电相的浆形成 电子导电相的层，并在其上施加电解质。如此形成的多层结构然后可以进 行烧结。上述任意实施方案(有电解质或没有电解质)的步骤(a)中的电子 导电相初始也可以包含额外的氧离子导电相，如经钇稳定的氧化锆，或混 合的氧离子和电子导电相，如Ga掺杂的二氧化铈(CGO(Ce^Gdx02-s))。因此，电子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可通过包括以下步骤的方法获得的陶瓷阳极结构： （ａ）通过分散电子导电相的粉末和通过向该分散体加入粘合剂提供浆，其中所述粉末选自由铌掺杂的钛酸锶、钒掺杂的钛酸锶、钽掺杂的钛酸锶和它们的混合物组成的组， （ｂ）烧结步骤（ａ）的浆， （ｃ）提供二氧化铈的前体溶液，所述溶液包含溶剂和表面活性剂， （ｄ）用步骤（ｃ）的前体溶液浸渍步骤（ｂ）获得的经烧结的结构， （ｅ）使步骤（ｄ）获得的结构经受煅烧，和 （ｆ）实施步骤（ｄ）－（ｅ）至少一次。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：P布伦诺，M莫根森，KK汉森，
申请(专利权)人：丹麦技术大学，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]
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。