本發(fā)明涉及高溫固體氧化物電解池的陽極材料，其特征是向傳統(tǒng)的鈣鈦礦型陽極材料中摻入稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鉍進(jìn)行改性，形成氧化鉍質(zhì)量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
高溫固體氧化物電解池是一種運(yùn)行在中高溫(600～800℃)的電解設(shè)備，得益于其較高的工作溫度，可以高效地將水蒸氣電解制得氫氣與氧氣。目前固體氧化物電解池的設(shè)計(jì)基本上沿用已有的固體氧化物燃料電池體系，其典型配置采用金屬鎳與氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯的復(fù)合金屬陶瓷材料(Ni-YSZ)作陰極，氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)作電解質(zhì)，鈣鈦礦型氧化物作陽極。其中決定整體電解效率的速控步驟是氧電極上的陽極析氧反應(yīng)。然而，當(dāng)傳統(tǒng)固體氧化物燃料電池所用的鈣鈦礦型氧電極La0.8Sr0.2MnO3+δ(LSM)直接用于電解時(shí)，呈現(xiàn)出了一定的缺陷。其最顯著的問題是在電解模式下工作容易發(fā)生電極脫落，這是由于La0.8Sr0.2MnO3+δ的反應(yīng)活性較低，在外加的極化電流作用下，氧氣強(qiáng)行析出而破壞了電極-電解質(zhì)的連接界面。改進(jìn)的方法是向LSM電極中摻入具有氧離子電導(dǎo)的物相，形成氧離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展反應(yīng)界面，從而提高電極的電化學(xué)催化活性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決傳統(tǒng)高溫固體氧化物電解池陽極催化活性或穩(wěn)定性較差的問題，本發(fā)明提供了一種具有高電催化活性且制備容易的新型復(fù)合陽極材料。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是：在傳統(tǒng)的鈣鈦礦型陽極材料中摻入具有高離子電導(dǎo)率的稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鉍，形成氧化鉍質(zhì)量比為10％～90％的氧化鉍-鈣鈦礦復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的稀土氧化物穩(wěn)定的氧化鉍，化學(xué)式為Bi1-xLnxO1.5(0<x<1)，其中Ln為Y、Zr、La、Ce、Sm、Er、Dy中的一種。
本發(fā)明所述的復(fù)合材料的合成方法包括硝酸鹽溶液堿性共沉淀法或檸檬酸-硝酸鹽燃燒法。
本發(fā)明所述的氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復(fù)合陽極材料為L(zhǎng)a1-xSrxMnO3+δ和/或La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ；0<x<1，0<y<1，0<δ<0.5。
本發(fā)明所述的氧化鉍改性的高溫固體氧化物電解池復(fù)合陽極材料的具體制備方法如下：
(1)以欲合成的復(fù)合陽極氧化物的陽離子(Ln、Bi、La、Sr、Mn等)所對(duì)應(yīng)的硝酸鹽為起始原料，通過硝酸鹽溶液堿性共沉淀法或檸檬酸-硝酸鹽燃燒法合成所需的氧化物粉末；
(2)將所得的粉末研磨，加入膠配制成油墨狀漿料；
(3)將漿料通過絲網(wǎng)印刷的方法涂覆在Ni-YSZ/YSZ膜電極的電解質(zhì)面上，在500～1500℃下焙燒1～100小時(shí)，即得到本發(fā)明所述的具有氧化鉍改性復(fù)合陽極的高溫固體氧化物電解池。
本發(fā)明的有益效果是，所述的復(fù)合材料的比表面積、電子-離子混合電導(dǎo)率、電催化活性都得到了顯著提高，用作陽極時(shí)可有效提升高溫固體氧化物電解池的性能。
附圖說明
圖1為Bi0.42Y0.58O1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ在各個(gè)溫度下的極化曲線，并附有與LSM電極和LSCF/GDC電極的對(duì)比。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
合成Bi1-xYxO1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ(x＝0.23,0.30,0.58)，其中兩者的摩爾比例為1:1。將Y、Bi、La、Sr、Mn的硝酸鹽按照比例溶解于去離子水中，然后加入檸檬酸，使檸檬酸與金屬離子的比例保持在2:1。將溶液pH保持在8～10，并在攪拌下加熱使之成為凝膠狀，繼續(xù)加熱，引發(fā)自燃。得到的粉末在500℃焙燒1小時(shí)以除去有機(jī)殘留，然后研磨并加入正丁醇(含 乙基纖維素作為粘結(jié)劑)制成漿料。然后將漿料通過絲網(wǎng)印刷的方法涂覆在Ni-YSZ/YSZ膜電極的電解質(zhì)面上，在1000℃下焙燒3小時(shí)，即得到本發(fā)明所述的具有氧化鉍改性復(fù)合陽極的高溫固體氧化物電解池。
實(shí)施例2
電化學(xué)性能測(cè)試。將上述含有氧化鉍改性復(fù)合陽極的高溫固體氧化物電解池安裝在電化學(xué)性能評(píng)價(jià)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試?？刂脐帢O氣氛為50％H2-50％H2O，流量200ml/min，陽極氣氛為100％O2，流量100ml/min。圖1為Bi0.42Y0.58O1.5-La0.8Sr0.2MnO3+δ在各個(gè)溫度下的極化曲線。圖中顯示了其與LSM電極和LSCF/GDC電極的對(duì)比，同溫度下，氧化鉍改性復(fù)合陽極性能遠(yuǎn)高于LSM，比LSCF/GDC也略高。