一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用，涉及固体氧化物燃料电池技术领域。一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料，中温SOFC阴极材料以BaCoO3为基体，利用La和Nb分别对BaCoO3的A位和B位进行掺杂；中温SOFC阴极材料的化学式为Ba1‑

【技术实现步骤摘要】
一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及固体氧化物燃料电池
，特别涉及一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）由于能效高、绿色环保、燃料来源广等优势逐渐被众多研究者关注。当前技术发展成熟的SOFC的工作温度大多介于800℃
‑
1000℃的范围之间，在如此高的环境温度下运行，势必会产生一系列问题，如高昂的制备成本以及各组件之间热膨胀系数不匹配等，这都极大限制了SOFC技术的发展及商业化推广应用。因此，操作温度区间为600℃
‑
800℃的中温固体氧化物燃料电池（Intermediate Temperature
‑
Solid Oxide Fuel Cells，简称IT
‑
SOFC）逐渐成为SOFC技术发展研究的重点领域。操作温度的降低虽然解决了高温SOFC的部分弊端，促进了SOFC技术的发展，但在中低温的工作条件下，阴极材料的导电性能及催化活性往往不尽人意，不利于电池性能的提升。

技术实现思路

[0003]本申请的主要目的是提供一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料及其制备方法和应用，旨在解决现有的SOFC阴极材料在中低温下导电率和催化活性较差的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本申请提出了一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料，所述中温SOFC阴极材料以BaCoO3为基体，利用La和Nb分别对所述BaCoO3的A位和所述BaCoO3的B位进行掺杂；所述中温SOFC阴极材料的化学式为Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，y为Nb的掺杂量，0＜y＜1，δ为氧空位的含量。
[0005]可选地，所述x=0.05或0.15，所述y=0.05或0.10，所述中温SOFC阴极材料的化学式为Ba
0.95
La
0.05
Co
0.95
Nb
0.05
O3‑
δ
、Ba
0.95
La
0.05
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
、Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
或Ba
0.85
La
0.15
Co
0.95
Nb
0.05
O3‑
δ
。
[0006]本申请还提出了一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，包括以下步骤：按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取BaCO3、La2O3、Co3O4、Nb2O5粉体原料，进行球磨，得混合粉体；将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
阴极材料。
[0007]可选地，所述按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取BaCO3、La2O3、Co3O4、Nb2O5粉体原料，进行球磨，得混合粉体的步骤，包括：按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取BaCO3、La2O3、Co3O4、Nb2O5粉体原料，并加入无水乙醇混合后，再球磨4h
‑
6h，再进行干燥，得混合粉
体。
[0008]可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧过程中，煅烧温度为900℃
‑
1000℃，煅烧时间为9h
‑
11h。
[0009]可选地，所述两次煅烧步骤中，第二次煅烧过程中，煅烧温度为1100℃
‑
1200℃，煅烧时间为7h
‑
9h。
[0010]可选地，所述两次煅烧步骤中，在第二次煅烧前，加无水乙醇进行研磨并压片。
[0011]可选地，所述两次煅烧步骤中，第一次煅烧与第二次煅烧均于空气气氛下进行。
[0012]可选地，所述两次煅烧步骤后，还包括：将经过两次煅烧结束后的混合粉体加无水乙醇并进行研磨，得到Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
阴极材料。
[0013]本申请还提出了一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料的应用，将所述中温SOFC阴极材料应用于固体氧化物燃料电池中制备对称电池或阳极支撑单电池。
[0014]本申请的有益效果为：通过将La掺杂到BaCoO3的A位的Ba，将Nb掺杂到BaCoO3的B位的Co，获得阴极材料Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
，由于BaCoO3存在相结构不稳定的缺点，不能形成稳定的立方钙钛矿结构，而通过将La部分掺杂到BaCoO3的Ba位，有利于维持阴极材料结构稳定，并降低阴极材料的热膨胀系数，提高阴极材料的催化性能，再通过将Nb部分掺杂到BaCoO3的Co位，进一步稳定阴极材料的立方钙钛矿结构，进而提升阴极材料的电导率和输出性能，从而解决了纯相BaCoO3相结构不稳定，不能形成稳定的立方钙钛矿结构的问题，使得阴极材料Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
电化学性能优异，在中低温范围内具有高电导率和高氧化还原反应催化活性，可作为理想的中温SOFC阴极材料。
[0015]另外，将阴极材料Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
应用于固体氧化物燃料电池中制备对称电池时，可得到对称电池为Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
|电解质| Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
，该对称电池在800℃的极化阻抗仅为0.036 Ω
·
cm2，将阴极材料Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
应用于固体氧化物燃料电池中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述中温SOFC阴极材料以BaCoO3为基体，利用La和Nb分别对所述BaCoO3的A位和所述BaCoO3的B位进行掺杂；所述中温SOFC阴极材料的化学式为Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y
Nb
y
O3‑
δ
，其中，x为La的掺杂量，0＜x＜1，y为Nb的掺杂量，0＜y＜1，δ为氧空位的含量。2.根据权利要求1所述的镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料，其特征在于，所述x=0.05或0.15，所述y=0.05或0.10，所述中温SOFC阴极材料的化学式为Ba
0.95
La
0.05
Co
0.95
Nb
0.05
O3‑
δ
、Ba
0.95
La
0.05
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
、Ba
0.85
La
0.15
Co
0.9
Nb
0.1
O3‑
δ
或Ba
0.85
La
0.15
Co
0.95
Nb
0.05
O3‑
δ
。3.一种如权利要求1
‑
2任一项所述的镧铌共掺杂的中温SOFC阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照所述中温SOFC阴极材料的化学式中元素的化学计量比，分别称取BaCO3、La2O3、Co3O4、Nb2O5粉体原料，进行球磨，得混合粉体；将所述混合粉体研磨并压片，进行两次煅烧，煅烧结束后，得到Ba1‑
x
La
x
Co1‑
y<...

【专利技术属性】
技术研发人员：和永，雷宪章，张安安，廖长江，周元兴，
申请(专利权)人：成都岷山绿氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：