专利名称：一种固体电解质氧化物燃料电池阳极的制备方法
技术领域：
本发明提出一种固体电解质氧化物燃料电池的阳极制备方法，具体的说，是在电解质上涂敷一层阻挡阳极和电解质发生有害化学反应的阻挡层，然后在电解质阻挡层基体上涂敷阳极材料。
背景技术：
燃料电池是将化学能直接转化为电能的电化学能量转化装置。与传统电源铅酸、镉镍、镍氢、锂离子及锂聚作为能量储存器不同，燃料电池作为一种电化学的能量发生器，与各种发电技术在功能上具有可比性。传统技术中，通常以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作为电解质，为了得到合理的能量密度，电池一般都在1000℃左右下工作，因为只有在该温度下电解质YSZ才具备理想的电导率(大于0.1S·cm-1)，800℃下电导率仅为1000℃下的四分之一。如此高的工作温度给固体电解质氧化物燃料电池(SOFC)带来一系列在材料、密封和结构上的问题，如电极的烧结、电解质与电极之间的界面化学扩散以及材料之间的热膨胀匹配和双极材料选择困难等，这些问题严重制约了SOFC的产业化发展。现今SOFC特别是平板式SOFC的发展趋势及研究热点，是积极开展中温SOFC的研究，从而解决工作温度过高而带来的一系列问题。解决这一问题的关键是在于提高中温下固体电解质的电导率，途径之一是采用中温下(≤800℃)具有较高电导率的新型固体电解质。钙钛矿氧化物材料镓酸镧基固体电解质(LSGM)一经提出就受到人们的广泛关注。
和本发明相近的现有技术有选择Ni和LSGM的复相金属陶瓷(Ni-LSGM)作为LSGM的阳极，但是高温下Ni会向LSGM扩散，与LSGM反应生成的新相LaNiO3高度绝缘，以Ni-LSGM为阳极，LaCo(Sr)O3为阴极的测试电池主要功率的损失来自阳极极化。另一种技术引进了Sm2O3掺杂的CeO2(SDC)，因为它是稀有金属氧化物中离子电导率最高的(0.0945S·cm-1)，但在SDC和LSGM的复相金属陶瓷体系中，SDC与LSGM之间也有反应发生，La2O3会从LSGM向Ce1-xLaxO2-x/2扩散，影响电池性能。
发明内容
本发明的要点之一是在电解质和阳极之间涂敷了一层能极大提高电池性能的阻挡层。以La2O3掺杂的CeO2(LDC)作为阻挡层，能够阻止La从LSGM向CeO2的扩散，同时阻止Ni向LSGM扩散发生有害反应，阻挡机制为热力学性质的阻挡；要点之二在于所制备的阳极为三维电极，电池反应的区域为三相反应区。这是因为采用了稀土氧化物CeO2作为阳极制备的原料，CeO2作为一种混合离子导体，电池工作的时候反应界面不是通常情况的电解质和阳极接触的二维界面，而是深入到阳极内部的三相区域。
本发明按以下步骤实现1.预处理将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质；2.混料用La2O3掺杂CeO2以摩尔比20∶80至50∶50得到合适的配比后，加无水乙醇充分研磨；3.压片用压片机将混料所得的粉末在26MPa下压制成圆形试片；4.阻挡层烧结将试片在1450℃烧结18小时得到阻挡层物质；5.阳极烧结将阻挡层物质与NiO按质量比30∶70至60∶40混合后加无水乙醇研磨，然后在1250℃烧结2小时得到阳极物质。
本发明的主要优点在于采用了阻挡层从热力学上有效的阻挡了界面间的有害化学反应，所制得的阳极空隙率适宜、电导率高、与电解质有很好的化学相容性和热稳定性，能极大的改善电池的电化学性能及使用寿命，而且成本较低，工艺简单，容易控制。
具体实施例方式实施例1将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质，然后将La2O3和CeO2以摩尔比20∶80混合，混匀后加无水乙醇充分研磨，用压片机在26MPa下将所得的粉末压制成圆形试片，然后在1450℃烧结18小时得到电解质和阳极之间的阻挡层物质，再将阻挡层物质与NiO按质量比30∶70的比例混合后，加无水乙醇研磨，然后在1250℃下烧结2小时得到阳极物质。所制得的阳极孔隙率为46％，电导率为971S·cm-1，在550mA/cm2的电流密度下，阳极极化值为98mV。
实施例2将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质，然后将La2O3和CeO2以摩尔比30∶70混合，混匀后加无水乙醇充分研磨，用压片机在26MPa下将所得的粉末压制成圆形试片，然后在1450℃烧结18小时得到电解质和阳极之间的阻挡层物质，再将阻挡层物质与NiO按质量比40∶60的比例混合后，加无水乙醇研磨，然后在1250℃下烧结2小时得到阳极物质。所制得的阳极孔隙率为44％，电导率为923S·cm-1，在550mA/cm2的电流密度下，阳极极化值为109mV。
实施例3将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质，然后将La2O3和CeO2以摩尔比40∶60混合，混匀后加无水乙醇充分研磨，用压片机在26MPa下将所得的粉末压制成圆形试片，然后在1450℃烧结18小时得到电解质和阳极之间的阻挡层物质，再将阻挡层物质与NiO按质量比50∶50的比例混合后，加无水乙醇研磨，然后在1250℃下烧结2小时得到阳极物质。所制得的阳极孔隙率为35％，电导率为872S·cm-1，在550mA/cm2的电流密度下，阳极极化值为126mV。
实施例4将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质，然后将La2O3和CeO2以摩尔比50∶50混合，混匀后加无水乙醇充分研磨，用压片机在26MPa下将所得的粉末压制成圆形试片，然后在1450℃烧结18小时得到电解质和阳极之间的阻挡层物质，再将阻挡层物质与NiO按质量比60∶40的比例混合后，加无水乙醇研磨，然后在1250℃下烧结2小时得到阳极物质。所制得的阳极孔隙率为28％，电导率为803S·cm-1，在550mA/cm2的电流密度下，阳极极化值为154mV。
权利要求
1.一种固体电解质氧化物燃料电池阳极的制备方法，其特征在于按以下步骤实现(1)预处理将La2O3在1000℃下烘烧12小时以除去杂质；(2)混料用La2O3掺杂CeO2以摩尔比20∶80至50∶50得到合适的配比后，加无水乙醇充分研磨；(3)压片用压片机将混料所得的粉末在26MPa下压制成圆形试片；(4)阻挡层烧结将试片在1450℃烧结18小时得到阻挡层物质；(5)阳极烧结将阻挡层物质与NiO按质量比30∶70至60∶40混合后加无水乙醇研磨，然后在1250℃烧结2小时得到阳极物质。
全文摘要
本发明提出一种固体电解质氧化物燃料电池阳极的制备方法，该方法包括以下步骤将La
文档编号H01M4/88GK1661835SQ20041001358
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者孙克宁, 张乃庆, 蔡丽, 刘兰毅, 周德瑞 申请人:哈尔滨工业大学