阴极材料、含其的阴极和含其的固体氧化物燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及阴极材料、含其的阴极和含其的固体氧化物燃料电池。用于燃料电池的阴极材料包括具有金属缺陷位置的钙钛矿型金属氧化物和用至少两种镧系元素共掺杂的基于二氧化铈的金属氧化物，所述镧系元素具有约0.90-约的平均半径。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于燃料电池的阴极材料、包括所述材料的用于燃料电池的阴极和包括所述材料的固体氧化物燃料电池。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是高效且生态环境友好的电化学发电单元，其将燃料气体的化学能直接转化为电能，同时使用固体氧化物作为电解质。相比于其它类型的燃料电池，SOFC具有许多的优点，在于例如它使用相对便宜的燃料材料且具有对于燃料杂质的相对高的耐受性、混合发电能力和高效率。此外，SOFC可直接使用基于烃的燃料而不需要将燃料重整为氢气，这简化使用SOFC的燃料电池系统且因此降低成本。SOFC包括其中燃 料例如氢气或烃被氧化的阳极、其中氧气被还原为氧离子(02_)的阴极、和对于氧离子(02_)传导性的离子传导固体氧化物电解质。常规的SOFC具有几个问题，在于它必须使用可经受高温的合金或昂贵的陶瓷材料，因为SOFC在约800°C -约1000°C的高温范围下运行，它需要长的用于初始系统驱动的时间，且遭受在长时间运行后材料耐久性的下降。因此，SOFC的总成本是使SOFC商业化的最大障碍。因此，存在许多正在进行的关于降低SOFC的运行温度到低于800°C的研究。然而，SOFC的运行温度的降低造成SOFC的阴极材料的电阻的显著增加，且这样的增加是对SOFC输出密度降低产生影响的主要因素。这样，因为SOFC的运行温度的降低显著地影响SOFC的阴极中的电阻的大小，因此已积极尝试当在低/中温下运行SOFC时降低SOFC的阴极的电阻。
技术实现思路
提供降低阴极中的极化电阻的用于燃料电池的阴极材料。提供包括所述用于燃料电池的阴极材料的用于燃料电池的阴极。提供包括所述用于燃料电池的阴极材料的固体氧化物燃料电池。其它方面将部分地在随后的描述中阐明，和部分地从所述描述明晰或者可通过所呈现的实施方式的实践而获知。根据本专利技术的一个方面，用于燃料电池的阴极材料，包括钙钛矿型金属氧化物；和用至少两种镧系元素共掺杂的基于二氧化铈的金属氧化物，所述镧系元素具有约0. 95-约0.99 A的平均半径。所述钙钛矿型金属氧化物可由如下式I表示AhBO3is其中A是选自镧系元素和碱土金属元素的至少一种元素，B是选自过渡金属元素的至少一种元素，0 < X < 0. 2,且5表示氧过剩量或缺乏量。根据实施方式,在式I中，A可为选自La、Ba、Sr、Sm、Gd和Ca的至少一种兀素,且B可为选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、Nb、Cr和Sc的至少一种元素。根据实施方式，所述钙钛矿型金属氧化物可由如下式2表示权利要求1.用于燃料电池的阴极材料，包括 钙钛矿型金属氧化物；和 用至少两种镧系元素共掺杂的基于二氧化铈的金属氧化物，所述镧系元素具有·0.90-1.02 A的平均离子半径。2.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，其中所述钙钛矿型金属氧化物由如下式I表不:AhBO3i 8其中A是选自镧系元素和碱土金属元素的至少一种元素； B是至少一种过渡金属元素； 0彡X彡0. 2 ;和 8表示氧过剩量或缺乏量。3.权利要求2的用于燃料电池的阴极材料，其中A是选自La、Ba、Sr、Sm、Gd和Ca的至少一种元素，和B是选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、Nb、Cr和Sc的至少一种元素。4.权利要求2的用于燃料电池的阴极材料，其中所述钙钛矿型金属氧化物由如下式2表不: A 卜y_zA y_z, B' O3+ 8 其中A’是选自Ba、La和Sm的至少一种元素； A”是选自Sr、Ca和Ba的至少一种兀素且与A’不同； B'是选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ti、Nb、Cr和Sc的至少一种元素；·0彡y<l，0 彡 z 彡0.2,0 彡 Z'彡 0.2，其中 0 彡 y+z<l，y>z'和0 彡 z+z' ^ 0. 2 ；和 8表示氧过剩量或缺乏量。5.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，其中所述基于二氧化铈的金属氧化物具有萤石结构。6.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，其中掺杂在基于二氧化铈的金属氧化物中的镧系元素的平均离子半径为0.96-0.98 A。7.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，其中所述基于二氧化铈的金属氧化物用选自Sm、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy和其合金的至少两种兀素共掺杂。8.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，其中所述基于二氧化铈的金属氧化物由如下式3表示 Ce1-^bSmaMbO2 其中M是选自Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy和其合金的至少一种；和0< a 彡 0. 20，0 < b 彡 0. 20 和 0 < a+b 彡 0. 3。9.权利要求8的用于燃料电池的阴极材料，其中式3的b为a/2或更小。10.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，所述钙钛矿型金属氧化物与所述基于二氧化铈的金属氧化物的重量比为I : 9-9 I。11.权利要求10的用于燃料电池的阴极材料，所述钙钛矿型金属氧化物与所述基于二氧化铈的金属氧化物的重量比为3 7-7 3。12.权利要求I的用于燃料电池的阴极材料，进一步包括尖晶石型金属氧化物。13.权利要求12的用于燃料电池的阴极材料，其中所述尖晶石型金属氧化物由如下式4表示 M3O4, 其中M是选自Co、Fe、Mn、V、Ti、Cr和其合金的至少一种。14.权利要求13的用于燃料电池的阴极材料，其中所述尖晶石型金属氧化物包括选自Co3O4、Fe3O4和Mn3O4中的至少一种。15.权利要求12的用于燃料电池的阴极材料，其中所述尖晶石型金属氧化物熔点为800 0C -1800。。。16.权利要求12的用于燃料电池的阴极材料，其中在所述尖晶石型金属氧化物的含量方面，所述钙钛矿型金属氧化物与所述尖晶石型金属氧化物的重量比为60 40-99 I。17.包括权利要求1-16任一项的用于燃料电池的阴极材料的阴极。18.燃料电池，包括 包括权利要求1-16任一项的用于燃料电池的阴极材料的阴极； 与所述阴极相反布置的阳极；和 布置在所述阴极和所述阳极之间的固体氧化物电解质。19.权利要求18的燃料电池，进一步包括用于防止或抑制所述阴极和所述固体氧化物电解质之间的反应的反应防止层。20.权利要求19的燃料电池，其中所述反应防止层为选自钆掺杂的二氧化铈(GDC)、钐掺杂的二氧化铈(SDC)和钇掺杂的二氧化铈(YDC)的至少一种。21.权利要求18的燃料电池，进一步包括位于所述阴极的外侧的集流体层。22.权利要求21的燃料电池，其中所述集流体层为选自镧钴氧化物(LaCo03)、镧锶钴氧化物(LSC)、镧锶钴亚铁氧化物(LSCF)、镧锶铬锰氧化物(LSCM)、镧锶锰氧化物(LSM)和镧锶亚铁氧化物(LSF)的至少一种。全文摘要本专利技术涉及阴极材料、含其的阴极和含其的固体氧化物燃料电池。用于燃料电池的阴极材料包括具有金属缺陷位置的钙钛矿型金属氧化物和用至少两种镧系元素共掺杂的基于二氧化铈的金属氧化物，所述镧系元素具有约0.90-约的平均半径。文档编号H01M4/86GK102751508SQ20121011423公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月18日 优先权日2011年4月本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃料电池的阴极材料，包括：钙钛矿型金属氧化物；和用至少两种镧系元素共掺杂的基于二氧化铈的金属氧化物，所述镧系元素具有的平均离子半径。FDA0000154442450000011.tif

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴喜正，郭灿，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：