一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用

本发明涉及固体氧化物燃料电池，尤其涉及一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着人类社会的高速发展，能源危机和环境污染这两大问题愈发凸显。在实现碳达峰、碳中和的过程中，需要控制化石能源消费以及提高新能源和清洁能源占比，开发新型清洁能源技术从而成为国家目前重点关注的战略性问题。

2、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，sofc)技术作为清洁能源技术中的一种近年来受到广泛的关注，其直接将化学能转换为电能，不经过燃烧和机械过程，较传统的内燃机有着更高的效率；当使用氢气作为电池燃料时，反应产物仅仅是水和热能，对环境无污染。sofc高效、安静、模块化、燃料来源广等特点使其在小型家庭电源、大型电站、运输行业和军事基地供电等方面都有广阔的应用前景。此外，质子传导型固体氧化物燃料电池(h-sofc)采用ba(zr,ce)o3基等质子导体作为电解质，质子相对于氧离子具有更低的迁移活化能[11]。使用质子导体材料作为电解质的h-sofc可在中低温下(400-650℃)实现高的功率密度，而低的工作温度可以保持电池组件之间良好的化学稳定性，使得该电池最有希望成为对环境友好型的可替代煤燃烧的高效率新型能源。

3、h-sofc阴极中氧气的还原反应同时涉及到了氧离子(o2-)、质子(h+)和电子(e-)这三种电荷载体。因此，当阴极材料能同时传导这三种电荷载体时，电化学反应的有效面积就能扩展到整个阴极表面，从而获得优异的电池性能。baco0.4fe0.4zr0.1y0.1o3-δ(bcfzy)阴极具有良好的质子传导能力，但其电子传导能力较弱。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有质子传导型固体氧化物燃料电池阴极材料电子电导率低，氧还原活性不足的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，其中，所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料为ba1-xagxco0.4fe0.4zr0.1y0.1o3-δ，其中，0≤x＜1，0≤δ＜1。

4、一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其中，包括步骤：

5、将ba的硝酸盐、co的硝酸盐、fe的硝酸盐、zr的硝酸盐、y的硝酸盐和ag的硝酸盐溶解在去离子水中，随后向溶液中加入柠檬酸和edta并混合，得到混合溶液；

6、将所述混合溶液的ph值调节至碱性，然后对所述混合溶液进行加热搅拌处理，水分蒸发后得到凝胶；

7、对所述凝胶进行恒温干燥处理，制得阴极前驱体材料；

8、对所述阴极前驱体材料进行研磨后置于900-1100℃空气气氛中煅烧2h-5h，制得所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料。

9、所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其中，所述混合溶液中，金属阳离子与柠檬酸和edta的摩尔比为1:1.5:1。

10、所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其中，将所述混合溶液的ph值调节至碱性，包括：

11、向所述混合溶液中添加氨水，调节ph值至8-9。

12、所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其中，对所述混合溶液进行加热搅拌处理的步骤中，加热搅拌处理的温度为70-90℃。

13、所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其中，对所述凝胶进行恒温干燥处理的步骤中，恒温干燥处理的温度为180-220℃。

14、一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的应用，其中，将所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料用于制备阴极对称电池。

15、所述的应用，其中，将所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料用于制备阴极对称电池的步骤包括：

16、将所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料与粘结剂研磨均匀，制得阴极浆料；

17、将所述阴极浆料分别涂覆在bzcyyb电解质支撑体的两面，形成阴极对称电池前驱体；

18、将所述阴极对称电池前驱体放入高温炉中，在空气气氛900-1100℃中煅烧2h-5h，获得阴极对称电池。

19、所述的应用，其中，所述粘结剂由10wt.％的乙基纤维素和90wt.％的松油醇组成。

20、所述的应用，其中，所述阴极浆料中，质子型固体氧化物燃料电池阴极材料与粘结剂的质量比为6:4。

21、有益效果：本发明为了解决质子型固体氧化物燃料电池阴极材料电导率低，氧还原催化活性低的问题，提供了一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，通过对现有固体氧化物燃料电池阴极材料进行改进，用ag元素部分取代ba元素，实现了提高阴极材料的电导率和氧还原催化活性，从而提高质子型固体氧化物燃料电池的输出性能。

技术特征：

1.一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料为ba1-xagxco0.4fe0.4zr0.1y0.1o3-δ，其中，0≤x＜1，0≤δ＜1。

2.一种如权利要求1所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

3.根据权利要求2所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，金属阳离子与柠檬酸和edta的摩尔比为1:1.5:1。

4.根据权利要求2所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，将所述混合溶液的ph值调节至碱性，包括：

5.根据权利要求2所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，对所述混合溶液进行加热搅拌处理的步骤中，加热搅拌处理的温度为70-90℃。

6.根据权利要求2所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，对所述凝胶进行恒温干燥处理的步骤中，恒温干燥处理的温度为180-220℃。

7.一种如权利要求1所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料的应用，其特征在于，将所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料用于制备阴极对称电池。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料用于制备阴极对称电池的步骤包括：

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述粘结剂由10wt.％的乙基纤维素和90wt.％的松油醇组成。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述阴极浆料中，质子型固体氧化物燃料电池阴极材料与粘结剂的质量比为6:4。

技术总结
本发明公开一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用，其中，所述质子型固体氧化物燃料电池阴极材料为Ba<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Ag<subgt;x</subgt;Co<subgt;0.4</subgt;Fe<subgt;0.4</subgt;Zr<subgt;0.1</subgt;Y<subgt;0.1</subgt;O<subgt;3‑δ</subgt;，其中，0≤x＜1，0≤δ＜1。本发明为了解决质子型固体氧化物燃料电池阴极材料电导率低，氧还原催化活性低的问题，提供了一种质子型固体氧化物燃料电池阴极材料，通过对现有固体氧化物燃料电池阴极材料进行改进，用Ag元素部分取代Ba元素，实现了提高阴极材料的电导率和氧还原催化活性，从而提高质子型固体氧化物燃料电池的输出性能。

技术研发人员：李俊,张宇俊,黄龙欣,赵凯,陈旻
受保护的技术使用者：佛山科学技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15