本发明专利技术公开了三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用，催化剂的活性成份是Ce1-x-yMxNyO2-δ(M=Mn，Fe，Co，Cu；N=Zr，Sm，Gd，La，Pr；x=0.05-0.5；y=0.05-0.5)；此催化剂具有很高的催化氧还原活性，主要是修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极，得到的三元复合阴极具有很高的氧还原活性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用，催化剂的活性成份是Ce1-x-yMxNyO2-δ(M=Mn，Fe，Co，Cu；N=Zr，Sm，Gd，La，Pr；x=0.05-0.5；y=0.05-0.5)；此催化剂具有很高的催化氧还原活性，主要是修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极，得到的三元复合阴极具有很高的氧还原活性和稳定性。【专利说明】三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用
本专利技术涉及到燃料电池领域，具体涉及到三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用，得到高性能高稳定性的中温固体氧化物燃料电池三元复合阴极。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种将化学能转化成电能的装置，具有能量利用率高、可选择的燃料范围广、对环境友好等特点，是最具有发展潜力的燃料电池。目前制约SOFCs商业化的主要问题是成本和寿命，降低SOFC的操作温度不仅能够降低制备成本还能够提高系统的寿命(当操作温度降低时，可以使用金属合金做连接体；操作温度降低，还能够提高电池电极的稳定性)。降低SOFC的操作温度是目前SOFC领域的发展趋势和研究热点，而阴极的极化电阻是影响N1-YSZ/YSZ/LSM-YSZ电池性能的主要因素。为了提高中温固体氧化物燃料电池的性能，研究者做了大量的工作，主要是采用新型的高性能的阴极材料替代LSM-YSZ传统阴极，或改变LSM-YSZ阴极结构和制备方法。如专利 CN101267038A 中介绍了一种新型的阴极材料(Baa6Sra4) -LaxCoa85Tia 1503_s，0.05 (χ≤0.15，在低温区具有很高的电导率和热稳定性。专利CN101083324A介绍了将阴极材料浸溃到具有三维孔隙的电解质上，然后在低温焙烧生成纳米级的阴极材料，大大提高了电池的低温性能。专利CN102479957A介绍了不同复合材料通过不同的方法一起合成后，电池性能得到了很大提高.以上专利专利技术的新材料和方法，应用到中温固体氧化物燃料电池的阴极中，电池的性能提高并不高，并且与电解质的化学相容性不好。本人在专利CN102479958A中介绍了一种催化剂，通过向LSM-YSZ阴极中添加此催化剂，电池的低温性能得到了大大的提高并且稳定性好。向LSM-YSZ阴极中添加催化剂制备出三元复合阴极是提高中温固体氧化物燃料电池性能的很好方法。向CeO2中添加过渡元素如Mn，Fe, Co, Cu等能够有效的增大CeO2的储放氧能力，同时加速了氧的解离吸附过程，而La，Zr等的掺杂能够有效的稳定CeO2的结构，从而提高了催化剂的稳定性。本专利技术就是将CeO2与过渡元素和La系元素复合制备成三元复合材料，将其掺杂到LSM-YSZ阴极中形成三元复合阴极，利用催化剂的高的催化氧还原活性来提高电池的中低温性能，此专利技术具有很大的实用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用。该催化剂修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极，此三元复合阴极具有高的氧还原活性和低阴极极化电阻特点，主要是三元催化剂对氧的吸附解离、氧物种传递和电荷转移过程具有高的催化活性，提高中温固体氧化物燃料电池阴极活性和电池的稳定性。本专利技术的技术方案如下:三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用，其特征在于:所述催化剂的活性成份是Cei_x_yMxNy02_s，其中M=Mn, Fe, Co, Ni，Cu中的一种或二种以上;N=Zr, Sm, Gd, La, Pr 中的一种或二种以上;x=0.05-0.5，y=0.05-0.5，0.5 ≥ δ≥ O -JJf述催化剂在三元复合阴极中的重量含量是2-30%。所述催化剂活性成份中M的含量占5-50%，活性成份中N的含量占5_50%，按摩尔百分比计。所述催化剂在三元复合阴极中的含量10-30%，按重量百分比计。三元复合阴极由催化剂、LSM和YSZ组成，其中LSM为La^xSrxMnO3,1 > χ > O ；YSZ为5-30mol%Y203稳定的ZrO2 ；LSM与YSZ的质量比是1_4。所述催化剂主要是修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极，此三元复合阴极的具有很高的氧还原活性。此催化剂可采用柠檬酸法、水热合成法、甘氨酸法、共沉淀法制备。本专利技术催化剂修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极的方法如下:采用机械混合、硝酸盐浸溃、溶胶浸溃、蒸汽沉积或高温固相扩散方法来修饰电池阴极。本专利技术的优点在于:⑴、本专利技术制备的催化剂修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极，该三元复合阴极具有很高的氧还原活性，电池的性能得到了很大的提高尤其是低温性能。原因是:Cei_x_yMxNy02_s催化剂具有单一的萤石物相，具有高的储放氧能力，能够吸附解离氧；添加到LSM-YSZ复合材料中形成三元复合阴极，此三元复合阴极具有很高的催化氧还原活性。⑵、本专利技术制备的催化剂与阴极中的其他材料的化学相容性很好。其原因是催化剂中的N元素能够有效的稳定催化剂的结构，并且不会与阴极的其他材料发生化学反应。⑶、本专利技术制备的催化剂添加到LSM-YSZ中形成的三元复合阴极制备成电池，电池的稳定性高。催化剂在电池运行状态下结构稳定，同时也不会改变阴极材料的结构。(4)、本专利技术制备的催化剂能够使用到平板型、管型、扁管型、蜂窝型等多种构型的固体氧化物燃料电池中；适用于多种中温固体氧化物燃料电池应用领域，如便携式电源、分散电源等。下面通过实施例对本专利技术作进一步的阐述。【具体实施方式】比较例1以NiO-YSZ(YSZ 是 8mol%Y203 稳定的 ZrO2, NiO 与 YSZ 质量比 5:5)为阳极，YSZ 为电解质，采用轧膜法制备800 μ mNiO-YSZ基底，在其上涂覆一层厚度为25 μ m厚的YSZ有机浆料。干燥后在IOOMPa压力下压制，然后在1300°C焙烧4h，制备成阳极支撑型的NiO-YSZ/YSZ电池组件。以LSM-YSZ 为电池阴极。其中 LSM 是 Laci 8Srtl 2MnO3, YSZ 是 8mol%Y203 稳定的 ZrO2,将LSM: YSZ=6:4 (按质量比计)机械混合，混合均匀后添加粘结剂(乙二醇,用量是阴极总质量的5%)作为功能层，涂覆到NiO-YSZ/YSZ电池组件上，在1100°C焙烧2h，得到阴极厚度是30 μ m，然后在LSM-YSZ功能层上涂覆一层LSM作为集流层，在1200°C焙烧2h，得到集流层厚度是80 μ m。阳极侧通100ml.mirT1氢气，阴极侧通100ml.mirT1氧气,测试800_600°C的电池性能。在800°C，0.7V下对应的电流密度是0.6A.cm_2，在600°C，0.7V下对应的电流密度是0.08A.cm 2o实施例1Cea7Mna2LaaiCVs修饰LSM-YSZ形成三元复合阴极。Cea7Mna2LaaiCVs溶液采用柠檬酸法合成，Ce, Mn, La元素的摩尔含量分别为70%，20%, 10%。分别称取 Ce (NO3) 3.6H20、50%Mn (NO3) 2、La (NO3) 3.6H20,15.1971g，3.5785g，2.1653g然后加5ml去离子水，加5.24838柠檬酸(金属离子与柠本文档来自技高网...
【技术保护点】
三元催化剂在固体氧化物燃料电池三元复合阴极中的应用，其特征在于：所述催化剂的活性成份是Ce1‑x‑yMxNyO2‑δ，其中M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu中的一种或二种以上;N=Zr,Sm,Gd,La，Pr中的一种或二种以上;x=0.05‑0.5,y=0.05‑0.5,0.5≥δ≥0；所述催化剂在三元复合阴极中的重量含量是2‑30%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程谟杰，刘丽，涂宝峰，崔大安，区定容，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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