專利名稱：一種固體氧化物燃料電池陰極材料及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，具體地說(shuō)是過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的
高性能改性錳酸鍶鑭(LSM)鈣鈦礦固體氧化物燃料電池陰極材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種以固體氧離子導(dǎo)體為電解質(zhì)隔膜， 能把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。固體氧化物燃料電池燃料資源豐 富，可直接以天然氣、合成氣、沼氣、液化氣以及其它碳?xì)浠衔镒魅剂希?NOx和SOx排放低。SOFC發(fā)電效率可達(dá)50Q/c)，與其它技術(shù)(如燃?xì)廨啓C(jī)) 結(jié)合，發(fā)電效率可以達(dá)到60-70%。
單電池是固體氧化物燃料電池的核心組件，由電解質(zhì)、陽(yáng)極和陰極組 成。具有AB03型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的錳酸鍶鑭(LSM， A位為鍶和鑭元素，B位 為錳元素)是目前研究和使用最為廣泛的陰極材料。LSM在高溫下非常穩(wěn) 定，與常用的電解質(zhì)材料在化學(xué)相容性和熱相容性方面都較匹配。LSM陰 極材料的主要缺點(diǎn)是本征氧催化還原活性較低。同時(shí)，由于LSM為純電子 導(dǎo)體，缺乏離子導(dǎo)電性，導(dǎo)致電極的有效反應(yīng)區(qū)域小，陰極極化比較顯著。 近年來(lái)，電解質(zhì)薄膜制備技術(shù)的發(fā)展使得SOFC的工作溫度可降低到 800°0以下。然而隨著操作溫度的降低，LSM陰極材料的電化學(xué)性能急劇下 降，陰極已成為限制薄膜電池性能的主要因素。針對(duì)LSM陰極的特點(diǎn)，提 高陰極性能的策略有兩種 一種是將LSM陰極材料與高離子電導(dǎo)的電解質(zhì) 材料混和，通過(guò)擴(kuò)大三相界面來(lái)提高陰極的電化學(xué)性能。另一種途徑是在 保證鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)LSM的A位和B位進(jìn)行摻雜或取代，提高LSM陰 極材料的氧還原活性。人們已經(jīng)廣泛研究了用Pr,Nd，Sm,Gd,Yb,Y等稀土 元素取代LSM鈣鈦礦A位的La元素構(gòu)成SOFC陰極的電化學(xué)性能。綜合熱膨 脹系數(shù)、電導(dǎo)率、反應(yīng)活性等多種因素，發(fā)現(xiàn)PrxSiVxMn03 (0<x<l)、 Nd xSiVxMn03 (0<x<l)是較有前景的陰極材料(參見(jiàn)J. Electrochem. Soc.， 142 (1995)1519-1524)。目前研究較多的對(duì)LSM鈣鈦礦B位進(jìn)行摻雜或取代的元 素主要集中在第四周期Mn以后的過(guò)渡元素。摻雜后形成的新陰極材料如 LaxSn-xFe03 (0<x<l， LSF)、 LaxSr"Co03 (0<x<l， LSC)、 LaxSr"CoFe03 ((0<x<l)， LSCF)、 LaxSr"xCu03 (0<x<l， LSCu)、 LaxSrLxCoyCu"y03 (0<x<l， 0<y<l， LSCCu)等除了具有一定的電子電導(dǎo)外，還有一定的離子導(dǎo)電性。 當(dāng)他們用作陰極時(shí)，陰極氧還原反應(yīng)區(qū)域不只限于三相反應(yīng)界面處，而是 擴(kuò)展到整個(gè)陰極表面，大大降低了陰極極化(參見(jiàn)Solid state Ionics 138 (2000)143-152; Solid State Ionics, 148(2002) 545-549; Mater. Resear. Bull. 38(2003) 231-239; Journal of power sources, 113 (2003)1-10;Solid State Ionics, 176 (2005) 1341-1350)。上述材料的最大缺點(diǎn)是與常用的YSZ電解質(zhì)化學(xué)相容性較差。 當(dāng)用作與新型電解質(zhì)配套的陰極材料時(shí)其電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性和對(duì)外界環(huán)境的 耐受性也有待進(jìn)一步考察。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，申請(qǐng)人以傳統(tǒng)LSM陰極材料作為新陰極材料開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)， 通過(guò)對(duì)B位摻雜過(guò)渡元素鈧或鈦，并結(jié)合A位鍶和鑭元素的調(diào)變來(lái)提高 LSM陰極材料的氧還原活性，從而降低陰極極化。
本發(fā)明的目的旨在解決固體氧化物燃料電池中LSM (錳酸鍶鑭)陰極 材料催化活性較低的問(wèn)題，通過(guò)在LSM (錳酸鍶鑭)鈣鈦礦材料的B位引 入過(guò)渡元素鈦或鈧，同時(shí)調(diào)整A位鍶和鑭元素的比例，從而改變陰極材料 活性組份的結(jié)構(gòu)，來(lái)提高LSM(錳酸鍶鑭)陰極材料的電催化氧還原活性， 降低LSM(錳酸鍶鑭)陰極的極化過(guò)電勢(shì)，提高電池的輸出功率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
固體氧化物燃料電池陰極材料，該陰極材料為過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的 LSM (錳酸鍶鑭)導(dǎo)電材料；其組成為(La卜xSrx)卜yMn,-zMz 03±s， (0<x<l， 0<y<l， 0<z^l， -1<5<1)， M為鈦元素或鈧元素。該陰極材料的合成可采用 常規(guī)的檸檬酸法、水熱合成法、甘氨酸法、共沉淀法、燃燒法或高溫固相 反應(yīng)方法。
一種固體氧化物燃料電池三合一組件(MEA)，包括陽(yáng)極，電解質(zhì)膜和陰 極。MEA陽(yáng)極制作材料為金屬/氧化物復(fù)合陶瓷，其中金屬催化劑包括Ni, Co， Cu， Rh, Fe, Pt, Pd， Mo和Ti中的一種或幾種，氧化物包括5-20mol%Y2O3 穩(wěn)定的Zr02、 5-20mol% Sc203穩(wěn)定的Zr02、 SmxCe.x02 (SDC) (0<x<l)、 GdxCe!-x02 (GDC) (0<x<l)、 YxCe"02(YDC) (0<x<l)、 LaxCe^ (LDC) (0<x<l)、 La^SrxGaLyMgy03((Kx〈l,(Ky〈l)中的一種或幾種；金屬催化劑的 質(zhì)量百分比含量為1%-100%;
MEA電解質(zhì)膜制作材料為5-20mol。/。Y2O3穩(wěn)定的ZrO2、5-20mol% Sc203 穩(wěn)定的Zr02、 SmxCeLxOs (SDC) (0<x<l)、 GdxCeLx02 (GDC) (0<x<l)、 YxCe卜x。2(YDC) (0<x<l)、 LaxCe^ (LDC) (0<x<l)、 La^SrxGaLvMgy03((Kx〈1， (Ky〈l)中的一種或幾種；電解質(zhì)膜可以采用高溫 燒結(jié)、氣相沉積、溶膠-凝膠、等離子體噴涂等方法制備，其厚度為0.01微 米至5000微米，退火溫度在200°C-1500°C區(qū)間范圍內(nèi)；
MEA陰極可由上述過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的LSM (錳酸鍶鑭)陰極材料 單獨(dú)構(gòu)成，也可由該過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的LSM (錳酸鍶鑭)陰極材料與 電解質(zhì)材料組成的復(fù)合材料構(gòu)成。上述過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的LSM (錳酸 鍶鑭)陰極材料在MEA陰極中的質(zhì)量百分比含量為1-100%;所述電解質(zhì)材料為5-20mol。/。Y2O3穩(wěn)定的Zr02、 5-20mol% Sc203穩(wěn)定Zr02、 SmxCe!.x02 (SDC) (0<x<l)、 GdxCe!-x。2 (GDC) (0<x<l)、 YxCe!—x02(YDC) (0<x<l)、 LaxCe,.x02 (LDC) (0<x<l)、 La!.xSrxGaLyMgy03(0<x<l， (Ky〈l)中的一種或幾 種。MEA陰極采用采用流延法、絲網(wǎng)印刷法、涂敷法、氣相沉積法或等離 子體噴涂法制備在電解質(zhì)膜上，在200-1300。C退火，其厚度控制在0.01微 米至2000微米之間。
所述三合一組件MEA的構(gòu)造可以采用平板型、管型、扁管型、蜂窩型 及其它各種構(gòu)造方式；可以采用電解質(zhì)膜自支撐型、陰極支撐型、陽(yáng)極支 撐型等多種結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1. 采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池陰極材料，可通過(guò)改變B位 的鈦或鈧摻雜量、A位的鍶和鑭的組成有效調(diào)變陰極材料催化氧還原反應(yīng) 的活性以及電導(dǎo)率。
2. 采用本發(fā)明制備的固體氧化物燃料電池復(fù)合陰極，可通過(guò)改變復(fù)合陰 極中該陰極材料的含量，復(fù)合陰極的燒結(jié)溫度以及復(fù)合陰極的制備方法有 效控制陰極/電解質(zhì)界面和陰極微結(jié)構(gòu)的形成。
2. 采用本發(fā)明進(jìn)行固體氧化物燃料電池MEA制備的工藝簡(jiǎn)單，可采 用多種常規(guī)技術(shù)制備。具體為首先，采用流延法、干壓法或擠出成型法 制備陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。將上述陰極材料和電解質(zhì)材料混勻，然后與粘結(jié)劑 均勻混合制成漿料，通過(guò)流延法、絲網(wǎng)印刷法、涂敷法將其制備在電解質(zhì) 膜上，最后在高溫?zé)Y(jié)而成。
3. 本發(fā)明可用于平板型、管型、扁管型、蜂窩型等多種構(gòu)型的固體氧 化物燃料電池；適用于多種固體氧化物燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域，如便攜式電源、 分散電源等。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
La0.8Sra2Mna98Sc,O3的合成將2.61 g La203用稀硝酸(4ml濃硝酸溶 于10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.85g Sr(N03)2、 0.136 g Sc(N03)3.6H20和7.015 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上 述La(NCb)3水溶液中，攪拌使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子 與檸檬酸三銨1:1的比例加入7.82 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為1-2。 加熱攪拌以形成透明均勻的凝膠，然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。制 備顆粒形狀規(guī)則的粉末。將這種蓬松的初級(jí)粉末在90(TC煅燒3h，得到鈧 摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材料。
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ 二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用涂覆法制備LaQ.8Sro.2Mno.98Sc證03-YSZ復(fù)合陰極， 在適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在65(TC — 800 °C測(cè)試電池性能。800 °C時(shí)最大功率密度達(dá)到1.44 W'cm—2。 650 °C時(shí)最大功率密度達(dá)到0.38 Wxm'2,比標(biāo)準(zhǔn)La。.8Sra2MnOrYSZ電池性能提高2倍。 實(shí)施例2
Lao.8Sr(uMno.95Sc,03的合成將2.61 g La203用稀硝酸(4ml濃硝酸溶 于10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.85 g Sr(N03)2、 0.339 gSc(NO3)3.6H2O和6.80gMn(NO3)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述 La(N03)3水溶液中，攪拌使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與 檸檬酸三銨1:1的比例加入7.86 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為l-2。加 熱攪拌以形成透明均勻的凝膠，然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。制備 顆粒形狀規(guī)則的粉末。將這種蓬松的初級(jí)粉末在900。C煅燒3h，得到鈧摻 雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材料。
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ 二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用絲網(wǎng)印刷法制備Lao.8Sr。2Mno95Scao503-YSZ復(fù)合陰 極，在適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在650 °C —800 。C測(cè)試電池性能。800 。C時(shí)最大功率密度達(dá)到1.31 W，cm—2。 650 °C 時(shí)最大功率密度達(dá)到0.40 Wxm-2,比標(biāo)準(zhǔn)Laa8Sr。.2MnOrYSZ電池性能提高 2.2倍。
實(shí)施例3
Lao.8Sro.2Mno.9Tioj03的合成將2.61 g 1^203用稀硝酸(4ml濃硝酸溶于 10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.85 g Sr(N03)2和6.44 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述La(N03)3水溶液中，攪拌 使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與檸檬酸三銨1:1的比例加入 7.46 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為1-2。將0.68 g鈦酸丁酯加入到1.99 g 乙二醇，攪拌30min。加熱至70。C，將1.68 g檸檬酸溶解在上述溶液中， 鈦酸丁酯檸檬酸乙二醇=1:4:16。將上述溶液加到金屬硝酸鹽溶液中， 加熱攪拌形成透明均勻的溶膠。然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。將這 種蓬松的初級(jí)粉末在1100 °C煅燒3h，得到鈦摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材 料。
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用涂覆法制備Laa8Sr。,2Mn().9Ti(n03-YSZ復(fù)合陰極，在 1100。C焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在600 。C一800 。C 測(cè)試電池性能。800 °C時(shí)最大功率密度達(dá)到1.21 W，cm—2。 600 °C時(shí)最大功 率密度達(dá)到0.19 W'cm-2，比標(biāo)準(zhǔn)La。.8Sr。.2MnOrYSZ電池性能提高2.38倍。
實(shí)施例4
Lao.8Sro.2Mno.6Tio.4O3的合成將2.61 g La203用稀硝酸(4ml濃硝酸溶于 10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.85 g Sr(N03)jn 4.29 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述La(N03)3水溶液中，攪拌 使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與檸檬酸三銨1:1的比例加入 6.48 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為1-2。將2.72 g鈦酸丁酯加入到7.96 g乙二醇溶解，然后加入6.72 g檸檬酸，加熱至70。C攪拌30 min形成透明 均勻的溶液。將上述溶液加到金屬硝酸鹽溶液中，加熱攪拌形成透明均勻 的溶膠。然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。將這種蓬松的初級(jí)粉末在1100 °C煅燒3h，得到鈦摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材料。
通過(guò)干壓法制備NiO-GDC/GDC 二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得 到陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用絲網(wǎng)印刷法制備La。.8Sro.2Mna6Ti。.403-GDC復(fù)合陰 極，在適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在600 °C 一800 。C測(cè)試電池性能。800 。C時(shí)最大功率密度達(dá)到0.63 W'cnr2。
實(shí)施例5
Lao.8Sro.2Mri(nTio.903的合成將2.61 g La203用稀硝酸(4ml濃硝酸溶于 10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.85 g Sr(N03)jn 0.715 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述La(N03)3水溶液中，攪拌 使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與檸檬酸三銨1:1的比例加入 4.86 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為1-2。將6.12 g鈦酸丁酯加入到17.9 g 乙二醇，攪拌30min。加熱至70T，將15.1 g檸檬酸溶解在上述溶液中， 鈦酸丁酯檸檬酸乙二醇=1:4:16。將上述溶液加到金屬硝酸鹽溶液中， 加熱攪拌形成透明均勻的溶膠。然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。將這 種蓬松的初級(jí)粉末在1100 °C煅燒3h，得到鈦摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材 料。
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用涂覆法制備Lao.8Sro,2Mn(nTio.903-YSZ復(fù)合陰極，在 適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在600。C一800。C 測(cè)試電池性能。800 。C時(shí)最大功率密度為0.88W'cm'2。
實(shí)施例6
(Laa8Sra2)a9Mn。.9Ti(u03的合成將2.35 gLa203用稀硝酸(4ml濃硝酸 溶于10ml水)溶解生成La(N03)3的水溶液，然后再將0.765 g Sr(N03)2和 6.44 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述La(N03)3水溶液中， 攪拌使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與檸檬酸三銨1:1的比例 加入7.0 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為1-2。將0.68 g鈦酸丁酯加入到 1.99g乙二醇，攪拌30min。加熱至70。C，將1.68 g檸檬酸溶解在上述溶 液中，鈦酸丁酯檸檬酸乙二醇=1:4:16。將上述溶液加到金屬硝酸鹽溶 液中，加熱攪拌形成透明均勻的溶膠。然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。 將這種蓬松的初級(jí)粉末在1100°C煅燒3h，得到鈦摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極 材料。
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用涂覆法制備(Lao.8Sro.2)o.9Mno.9Ti(u03-YSZ復(fù)合陰極， 在適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在600。C一800 °C測(cè)試電池性能。800 °C時(shí)最大功率密度達(dá)到1.86 W'cm'2， 600 °C時(shí)最大功率密度達(dá)到0.50 W'cm-2，比標(biāo)準(zhǔn)(Lao8Sro2)o9MnOrYSZ電池性能提高1.3倍。
實(shí)施例7
(Lao.8Sro.2)o.8Mno.!Tio.903的合成將2.61 gLa2Cb用稀硝酸(4ml濃硝酸 溶于10ml水)溶解生成La(NO3)3的水溶液，然后再將0.85 g Sr(N03)jn0.715 g Mn(N03)2 (質(zhì)量百分含量50%)溶液加入到上述La(N03)3水溶液中，攪 拌使其完全溶解，形成透明溶液。按照金屬離子與檸檬酸三銨1:1的比例加 入3.95 g檸檬酸三銨，并用硝酸調(diào)pH為l-2。將6.12 g鈦酸丁酯加入到17.9 g乙二醇，攪拌30min。加熱至70。C，將15.1 g檸檬酸溶解在上述溶液中， 鈦酸丁酯檸檬酸乙二醇=1:4:16。將上述溶液加到金屬硝酸鹽溶液中， 加熱攪拌形成透明均勻的溶膠。然后放在電爐上燃燒形成初級(jí)粉末。將這 種蓬松的初級(jí)粉末在1100 。C煅燒3h，得到鈦摻雜的鑭鍶錳鈣鈦礦陰極材
通過(guò)共燒法制備NiO-YSZ/YSZ二合一，在適當(dāng)溫度共燒4小時(shí)，得到 陽(yáng)極/電解質(zhì)組件。采用涂覆法制備(LaQ.8Sr。.2)。.8Mn(uTio.903-YSZ復(fù)合陰極， 在適當(dāng)溫度焙燒2小時(shí)。以氫氣為燃料氣，氧氣為氧化劑，在600。C —800 。C測(cè)試電池性能。800 。C時(shí)最大功率密度達(dá)到1.04Wxm'2。
利用本發(fā)明可提高錳酸鍶鑭陰極材料催化氧還原反應(yīng)的活性，加速氧 在陰極材料表面的反應(yīng)過(guò)程，降低陰極極化，從而有效的提高固體氧化物 燃料電池的輸出功率，600 °C電池的輸出性能較標(biāo)準(zhǔn)錳酸鍶鑭電池提高2 倍以上。
權(quán)利要求
1.一種固體氧化物燃料電池陰極材料，其特征在于該陰極材料為過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的LSM導(dǎo)電材料；其組成為(La1-xSrx)1-yMn1-zMzO3±δ，其中0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z≤1，-1＜δ＜1，M為鈦元素或鈧元素。
2. —種權(quán)利要求1所述陰極材料在固體氧化物燃料電池三合一組件 MEA中的應(yīng)用，該MEA包括陽(yáng)極、電解質(zhì)膜和陰極，其特征在于所述 陰極，按質(zhì)量百分比計(jì)，由1-100%權(quán)利要求書(shū)1所述陰極材料和0-99%電 解質(zhì)材料組成；所述電解質(zhì)材料為5-20mol。/。Y2O3穩(wěn)定的Zr02、 5-20mol% Sc203穩(wěn)定的Zr02、 SmxCe,.x02、 GdxCe^02、 YxCe,.x02、 LaxCeLxO" Lai.xSrxGai.yMgy03中的一種或一種以上，其中0<x<l， 0<y<l。
3. 按照權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述MEA的陽(yáng)極其制 作材料為金屬/氧化物復(fù)合陶瓷，其中金屬催化劑包括Ni, Co， Cu， Rh, Fe, Pt, Pd, Mo, Ti中的一種或一種以上；氧化物包括SmxCei.x02、 GdxCei.x02、 YxCe^Cb 、 LaxCeLxCb 、 Y203穩(wěn)定的Zr02 、 Sc203穩(wěn)定的Zr02 、 La"SrxGaLyMgy03中的一種或一種以上，其中0<x<l， 0<y<l;金屬催化劑 于復(fù)合陶瓷中的質(zhì)量百分比含量為1%-100%。
4. 按照權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述MEA的電解質(zhì)膜 為SmxCe!.x02、 GdxCeLx02、 YxCe,.x02、 LaxCe,.x02、 丫203穩(wěn)定的Zr02、 Sc203 穩(wěn)定的Zr02、 LaLxSrxGa,.yMgy03中的一種或一種以上，其中0<x<l，0<y<l。
5. 按照權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于電解質(zhì)膜采用高溫?zé)Y(jié)、 氣相沉積、溶膠-凝膠或等離子體噴涂方法制備，其厚度為0.01微米至5000 微米，退火溫度在200°C-1500°C區(qū)間范圍內(nèi)。
6. 按照權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述MEA的電池陰極 采用流延法、絲網(wǎng)印刷法、涂敷法、氣相沉積法或等離子體噴涂法制備在 電解質(zhì)膜上，在200-1300°C退火，其厚度控制在0.01微米至2000微米之 間。
7. 按照權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于所述三合一組件MEA 的構(gòu)造可以采用平板型、管型、扁管型或蜂窩型；采用電解質(zhì)膜自支撐型、 陰極支撐型或陽(yáng)極支撐型結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體氧化物燃料電池，具體說(shuō)是一種過(guò)渡元素鈦或鈧摻雜的LSM(錳酸鍶鑭)陰極材料及其應(yīng)用。該陰極材料組成為(La<sub>1-x</sub>Sr<sub>x</sub>)<sub>1-y</sub>Mn<sub>1-z</sub>M<sub>z</sub> O<sub>3±δ</sub>，(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z≤1，-1＜δ＜1)，M為鈦元素或鈧元素。按質(zhì)量百分比計(jì)，固體氧化物燃料電池陰極由1-100％上述陰極材料和0-99％電解質(zhì)材料組成；所述電解質(zhì)材料為5-20mol％Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>穩(wěn)定的ZrO<sub>2</sub>、5-20mol％Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>穩(wěn)定的ZrO<sub>2</sub>、Sm<sub>x</sub>Ce<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub>、Gd<sub>x</sub>Ce<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub>、Y<sub>x</sub>Ce<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub>、La<sub>x</sub>Ce<sub>1-x</sub>O<sub>2</sub>、La<sub>1-x</sub>Sr<sub>x</sub>Ga<sub>1-y</sub>Mg<sub>y</sub>O<sub>3</sub>(0＜x＜1，0＜y＜1)中的一種或幾種。利用本發(fā)明可提高錳酸鍶鑭陰極材料催化氧還原反應(yīng)的活性，加速氧在陰極材料表面的反應(yīng)過(guò)程，降低陰極極化，從而有效的提高固體氧化物燃料電池的輸出功率，600℃電池的輸出性能較標(biāo)準(zhǔn)錳酸鍶鑭電池提高2倍以上。
文檔編號(hào)H01M4/86GK101599546SQ20081001171
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者候志芳, 斌 劉, 岳響玲, 林 柳, 程謨杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所