用于燃料电池电极的组合物制造技术

在一些示例中，燃料电池包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr‑镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1‑xAx)n+1(Ni1‑yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组的金属的A‑位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组的金属的B‑位掺杂物，其中提供所述A‑位和B‑位掺杂物从而增加该基于Pr‑镍酸盐的材料的相稳定性并减少该基于Pr‑镍酸盐的材料的降解，且A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，且0<y≤0.4。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池电极的组合物本专利技术是按照由能源部授予的第DE-FE0000303号援助协议在政府的支持下完成的。政府享有本专利技术的一定权利。
本专利技术总体涉及燃料电池，比如固体氧化物燃料电池。
技术介绍
燃料电池、燃料电池系统以及用于燃料电池和燃料电池系统的连接组件仍然是人们感兴趣的领域。一些现有的系统相对于某些应用具有各种不足、缺点和弊端。因此，仍然需要人们对该
做出进一步的贡献。专利技术概述描述了用于燃料电池，比如，例如固体氧化物燃料电池的阴极的示例性的组合物。例如，描述了用于电化学电池电极的Pr-镍酸盐氧化物材料，其例如通过在Pr2NiO4+δ中在Pr-位(A-位)和/或Ni-位(B-位)掺杂外来元素而具有在高于750℃的温度下的高的性能和相稳定性。在一个示例中，本专利技术涉及燃料电池，其包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中提供所述A-位和B-位掺杂物从而增加基于Pr-镍酸盐的材料的相稳定性并减少基于Pr-镍酸盐的材料的降解，且A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，且0<y≤0.4；并且所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。在另一个示例中，本专利技术涉及燃料电池，其包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn、Fe或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，0<y≤0.4且0<z≤0.1；并且所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。在另一个示例中，本专利技术涉及燃料电池，其包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包括基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数2或3，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn、Fe或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，0≤y≤0.4且0≤z≤0.1；并且所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。在另一个示例中，本专利技术涉及燃料电池，其包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-x-wAxA’w)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是1-3的整数，A和A’是包括由一种或多种镧系元素或过渡金属形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，A’是过渡金属，Sr或Ca的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn、Fe或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，0<w<1，0<x+w<1，0≤y≤0.4且0≤z≤0.1；并且所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。在另一示例中，本专利技术涉及燃料电池，其包括阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包括(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料或(Pr1-x-wAxA’w)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料中的至少一种，其中A是A-位掺杂物且B是B-位掺杂物，其中提供A-位掺杂物和B-位掺杂物从而增加所述(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料或(Pr1-x-wAxA’w)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料中的至少一种的相稳定性且减少所述(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料或(Pr1-x-wAxA’w)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ材料中的至少一种的降解，并且其中所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。本专利技术的一个或多个实施方式的详细内容将在以下的附图和描述中阐述。本专利技术的其它特征、对象和优势将通过描述、附图和权利要求而显现。附图的简要说明本说明参照附图，在数张视图中相同的附图标记代表相同的部分。图1是说明一个根据本专利技术的一个实施方式的示例性的燃料电池系统的示意图。图2是说明一个根据本专利技术的一个实施方式的燃料电池系统的示例性横截面的示意图。图3-7是说明根据本专利技术的实施例进行的各种实验的结果的曲线图。参考附图，示意性地画出了根据本专利技术的一种实施方式的燃料电池系统的非限定例子的一些方面。在附图中画出了本专利技术的一种实施方式的一些方面的各种特征、组件及其相互关系。然而，本专利技术并不受所提供的特定实施方式和例示于附图和描述中的组件、特征及其相互关系所限。专利技术详述如上所述，本专利技术的例子涉及用于燃料电池，例如固体氧化物燃料电池的阴极的示例性组合物。阳极、电解质和阴极是电化学电池的三个主要组件，所述电化学电池包括例如燃料电池，其将化学能转化为电能。已开发了氧化物材料用于电化学电池，特别是固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极或电极(阳极和阴极)。在SOFC中，可能需要开发新的阴极材料，因为例如阴极电阻可能限制SOFC的性能和长期耐久性。具有Ruddlesden-Popper(R-P)或K2NiF4型结构的Ni基层叠的钙钛矿化合物，Ln2NiO4+δ(Ln＝La、Nd、Pr、Sm等)，例如由于它们高的混合离子和电子传导(MIEC)性能，它们可以是例如阴极材料。在一些例子中，Ln2NiO4+δ阴极可比例如LSM的其它阴极材料具有更低的极化电阻。在镍酸盐中，Pr2NiO4+δ可比LSM、LSCF和其它阴极备选材料具有更快的氧交换和扩散系数。因此，在镍酸盐中，Pr2NiO4+δ可具有相对低的极化电阻，并可能是最适用于SOFC的阴极。不过，在一些例子中，镍酸盐具有相不稳定的问题，例如在高于800摄氏度(℃)的温度下操作期间或在氧化气氛中处理时PrOX和/或NiO的外溶(ex-solution)。此外，由于由更多的可氧化相诱导的相不稳定性和微结构改变，Pr2NiO4+δ可在长期耐久性测试中显示高的降解速率。根据本专利技术的一个或多个例子，公开了用于电化学电池电极(例如阴极)的Pr-镍酸盐材料，其通过在Pr-位(A-位)和/或Ni-位(B-位)将各种元素掺杂进Pr2NiO4+δ中而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池，包括：阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr‑镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1‑xAx)n+1(Ni1‑yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A‑位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B‑位掺杂物，其中提供所述A‑位和B‑位掺杂物从而增加该基于Pr‑镍酸盐的材料的相稳定性并减少该基于Pr‑镍酸盐的材料的降解，并且A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，且0<y≤0.4；且其中所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.21 US 62/027,1061.一种燃料电池，包括：阳极；电解质；和通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中提供所述A-位和B-位掺杂物从而增加该基于Pr-镍酸盐的材料的相稳定性并减少该基于Pr-镍酸盐的材料的降解，并且A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1，且0<y≤0.4；且其中所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。2.如权利要求1所述的燃料电池，其中0.25≤x≤0.75，且0<y≤0.2。3.如权利要求1或2所述的燃料电池，其中A是Nd且B是Cu。4.如权利要求1-3中任一项所述的燃料电池，其中所述(Pr1-xAx)n+1(Ni1-yBy)nO3n+1+δ具有Ruddlesden-Popper或K2NiF4相组成。5.一种燃料电池，包含：阳极；电解质；以及通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包括基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n是整数1，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn、Fe或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1,0<y≤0.4，且0<z≤0.1；且其中所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。6.如权利要求5所述的燃料电池，其中0.25≤x≤0.75，0<y≤0.2且0<z≤0.05。7.如权利要求5或6所述的燃料电池，其中A是Nd且B是Cu。8.如权利要求5-7中任一项所述的燃料电池，其中所述(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ具有Ruddlesden-Popper或K2NiF4相组成。9.一种燃料电池，包括：阳极；电解质；以及通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ，其中n为整数2或3，A是包括由一种或多种镧系元素形成的组中的金属的A-位掺杂物，B是包括由一种或多种过渡金属形成的组中的金属的B-位掺杂物，其中A是镧系元素，La、Nd、Sm或Gd的金属阳离子中的至少一种，B是过渡金属，Cu、Co、Mn、Zn、Fe或Cr的金属阳离子中的至少一种，其中：0<x<1,0≤y≤0.4，且0≤z≤0.1；且其中所述阳极、阴极和电解质被设置以形成电化学电池。10.如权利要求9所述的燃料电池，其中0.25≤x≤0.75，0≤y≤0.2且0≤z≤0.05。11.如权利要求9或10所述的燃料电池，其中A是Nd且B是Cu。12.如权利要求9-11中任一项所述的燃料电池，其中所述(Pr1-xAx)n+1±z(Ni1-yBy)nO3n+1+δ具有Ruddlesden-Popper或K2NiF4相组成。13.一种燃料电池，包括：阳极；电解质；以及通过所述电解质与所述阳极隔开的阴极，其中所述阴极包含基于Pr-镍酸盐的材料，其具有通式(Pr1-x-wAxA’w)n+1±z(Ni1-yB...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁炛荣，邢政良，刘智恩，R·W·格特勒，周晓东，E·道奇蒂比格维奇，
申请(专利权)人：LG燃料电池系统股份有限公司，南卡罗来纳大学，
类型：发明
国别省市：美国,US