本发明属于固体氧化物燃料电池，特别是涉及一种提高耐铬性的燃料电池阴极材料及其制备方法，及所述阴极材料在固体氧化物燃料电池领域的应用。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，sofc）是一种将燃料中化学能直接转化为电能的全固态能源转换装置，具有能源转化效率高、安全、环境友好等优点。但由于大型sofc电堆通常采用含铬合金作为金属互连材料，在高温下，其表面会形成氧化铬，进而与空气或水蒸气反应形成铬蒸气，引发阴极材料铬中毒，导致sofc性能衰减。因此，开发具有高耐铬性的阴极材料对sofc的工程化应用具有重要意义。
3、目前，sofc主流的阴极材料主要为钙钛矿型混合电子离子导体（mixed ionic-electronic conductor, miec）氧化物，例如单钙钛矿、双钙钛矿和ruddlesden-popper结构钙钛矿材料。作为典型的单钙钛矿型miec氧化物，srco0.9ta0.1o3-δ材料在中温区有出色的催化活性，因此被广泛用作阴极材料。但在长期工况下，碱土元素sr倾向于在阴极表面偏析聚集，并与互连材料表面的铬蒸气发生反应，生成惰性相，不利于sofc电堆的性能。
4、本发明认为，开发在长期工况下具有出色耐铬性的sofc阴极材料具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的不足、提高阴极材料对铬元素的耐受性，本发明联想到向钙钛矿型氧化物中掺杂部分氟元素实现对铬环境的耐受性。经本发明验证，氟元素的引入减少了钙钛矿材料表面的二次相生成，有效提高了阴极材料的稳定性。另外，氟元素的引入还有效减少了半电池在含铬气氛下极化电阻的增长，提升了阴极材料耐铬性。
2、基于取得的上述成果，本发明提供如下的技术方案：
3、本发明第一方面，提供一种提高耐铬性的燃料电池阴极材料，所述阴极材料的成分如下式所示：srco0.9ta0.1o3-δfx(x=0.05~0.2)（简称sctf），式中δ为保证材料电中性的数值；其xrd衍射图谱包含2 θ为33.00±0.1，40.64±0.1，47.20±0.1，58.60±0.1，68.70±0.1，78.12±0.1处的x射线衍射峰。
4、本发明第二方面，提供第一方面所述阴极材料的制备方法，包括如下步骤：按照srco0.9ta0.1o3-δfx(x=0.05~0.2)中对应的化学元素计量数之比分别称取碳酸锶（srco3）、四氧化三钴（co3o4）、五氧化二钽（ta2o5）、氟化锶（srf2），采用湿磨法进行球磨，之后烘干、压片、煅烧即得。
5、第二方面的制备方法，还具有如下优选的实施方式：
6、上述球磨过程优选采用有机试剂作为溶剂，所述有机试剂的实例如，乙醇；所述球磨的转速为220~260 r/min，时间为10~14h。
7、上述烘干过程可采用热辐射烘干，烘干温度不超过180℃，进一步优选的烘干温度为140~160℃，烘干时间为0.8~1.5h。
8、上述压片通过压片机实现，将烘干后的粉末在280~320mpa压力下静置100~150s得到致密片，将所述致密片在1000~1200℃下煅烧8~12h得到srco0.9ta0.1o3-δfx材料。
9、本发明第三方面，提供一种半电池，所述半电池包括第一方面所述阴极材料，还包括固体电解质，所述固体电解质选自la0.9sr0.1ga0.8mg0.2o3(lsgm)、sm0.2ce0.8o1.9(sdc)、ce0.9gd0.1o1.95(gdc) 中的一种或几种的组合。
10、本发明第四方面，提供第三方面所述半电池的制备方法，包括如下步骤：将第一方面所述阴极材料采用湿磨法球磨得到粉末，将所述粉末与有机粘合剂混均后制成阴极浆料，将其均匀涂覆于固体电解质表面，干燥后煅烧即得。
11、第四方面的制备方法中，所述球磨过程优选有机试剂对阴极材料进行分散，如乙醇，球磨转速为220~260 r/min，时间为22~26h；由于第二方面所述方法制备的阴极材料为致密片，加入球磨前可以通过研磨等方式将致密片预先处理成粉末，以使其更好的溶于上述有机溶剂中。
12、上述有机粘合剂为乙基纤维素松油醇粘结剂，其中乙基纤维素∶松油醇的质量比为1∶12～19，进一步的比例可以依据使用需求由本领域技术人员进行常规调整；而阴极材料粉末与有机粘合剂的质量比为1:1~2。
13、上述涂覆可通过丝网印刷机实现，待其干燥后在800~1200℃下煅烧1~3h即得带有所述阴极材料的半电池。
14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15、1、本发明制备的阴极材料（sctf），属于一种新的阴极材料，具有成分简单、合成工艺简便等特点，且由于电负性较高的f-占据氧空位，钙钛矿中金属离子价态升高，其酸度提高，可以有效提升材料的耐铬性。
16、2、经本发明验证，具有sctf阴极的电池，相比具有sct阴极的电池，表现出优异的耐铬性，可以在含铬气氛中稳定工作。
1.一种提高耐铬性的燃料电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料的成分如下式所示：srco0.9ta0.1o3-δfx，x=0.05~0.2；其xrd衍射图谱包含2θ为33.00±0.1，40.64±0.1，47.20±0.1，58.60±0.1，68.70±0.1，78.12±0.1处的x射线衍射峰。
2.权利要求1所述燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照srco0.9ta0.1o3-δfx中对应的化学元素计量数之比分别称取srco3、co3o4、ta2o5、srf2，采用湿磨法进行球磨，之后烘干，将烘干后的粉末在280~320mpa压力下静置100~150s得到致密片；所述致密片在1000~1200℃下煅烧8~12h得到srco0.9ta0.1o3-δfx材料压片、煅烧即得。
3.如权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于，所述球磨过程采用乙醇作为溶剂，球磨的转速为220~260 r/min，时间为10~14h。
4.如权利要求2所述阴极材料的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为140~160℃，烘干时间为0.8~1.5h。
5.一种半电池，其特征在于，所述半电池包括权利要求1所述的阴极材料，还包括固体电解质，所述固体电解质选自lsgm、sdc、gdc中的一种或几种的组合。
6.权利要求5所述半电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述阴极材料采用湿磨法球磨得到粉末，将所述粉末与有机粘合剂混均后制成阴极浆料，将其均匀涂覆于固体电解质表面，干燥后煅烧即得。
7.如权利要求6所述半电池的制备方法，其特征在于，所述球磨采用乙醇作为溶剂，球磨转速为220~260 r/min，时间为22~26h。
8.如权利要求6所述半电池的制备方法，其特征在于，所述有机粘合剂为乙基纤维素松油醇粘结剂，其中乙基纤维素∶松油醇的质量比为1∶12～19，所述阴极材料粉末与有机粘合剂的质量比为1:1~2。
9.如权利要求6所述半电池的制备方法，其特征在于，所述涂覆通过丝网印刷机实现，待所述阴极浆料干燥后在800~1200℃下煅烧1~3h即得。