中温固体氧化物燃料电池阴极材料制造技术

本发明专利技术涉及中温固体氧化物燃料电池阴极材料。中温固体氧化物燃料电池(IT

【技术实现步骤摘要】
中温固体氧化物燃料电池阴极材料


[0001]本公开涉及中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料和含有所述阴极材料的IT-SOFC。

技术介绍

[0002]像大多数燃料电池技术一样，SOFC处于发电技术的最前沿，因为它们通过使如NO
x
的排放最小化而有益于公众。与可应用于汽车应用的质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比，SOFC通常旨在用于固定式应用。SOFC通常具有相对高的热电联产效率、长期稳定性、燃料灵活性和低排放的特征。但是SOFC装置的通常缺点是它们的高工作温度，这可能导致更长的启动时间以及机械和化学相容性问题。

技术实现思路

[0003]根据一个实施方案，公开了IT-SOFC。所述IT-SOFC包括阳极层、与所述阳极层相邻的电解质和与所述电解质相邻且包含具有式(I)或(II)的材料的阴极层：Sr2OsO
4 (I)或Ba2MO
4 (II)，其中M是过渡金属或后过渡金属。
[0004]M可以是钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)或钪(Sc)。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-1.992至-2.999 eV/原子的形成能。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有最小值约-1.220至-5.123 eV/原子且最大值约-0.612至-3.524 eV/原子的氧化学势。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-0.017至-0.050 eV/原子的热力学稳定性。所述材料可以是具有式(III)或(IV)的缺氧材料：Sr2OsO
4-x (III)或Ba2MO
4-x (IV)，其中x是0至2.5的数。
[0005]所述材料可以是具有式(V)或(VI)的富氧材料：Sr2OsO
4+x (V)或Ba2MO
4+x (VI)其中x是0至2的数。
[0006]所述材料可以是具有式(VII)或(VIII)的非化学计量的材料：Sr
2+a
Os
1-b
O
4 (VII)或Ba
2+a
M
1-b
O
4 (VIII)，其中a是0至1的数，其中b是0至1的数。
[0007]所述阴极材料可以掺杂有一种或多种金属元素。
[0008]在另一个实施方案中，公开了IT-SOFC阴极。所述阴极可以包含具有式(I)或(II)
的材料：Sr2OsO
4 (I)或Ba2MO
4 (II)，其中M是过渡金属或后过渡金属。
[0009]所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-1.992至-2.999 eV/原子的形成能。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有最小值约-1.220至-5.123 eV/原子且最大值约-0.612至-3.524 eV/原子的氧化学势。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-0.017至-0.050 eV/原子的热力学稳定性。M可以是钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)或钪(Sc)。所述材料可以是富氧或缺氧材料。
[0010]在一个替代实施方案中，公开了IT-SOFC材料。所述材料可以具有式(I)或(II)：Sr2OsO
4 (I)或Ba2MO
4 (II)，其中M是过渡金属或后过渡金属。
[0011]所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-1.992至-2.999 eV/原子的形成能。所述材料可以具有K2NiF4型结构。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有最小值约-1.220至-5.123 eV/原子且最大值约-0.612至-3.524 eV/原子的氧化学势。所述材料在约500至750℃的中温范围下可以具有约-0.017至-0.050 eV/原子的热力学稳定性。M可以是钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)或钪(Sc)。所述材料可以掺杂有一种或多种金属元素。
附图说明
[0012]图1是SOFC的非限制性实例的示意性描绘；图2示出了K2NiF4型结构的示意性说明；图3示出了密度泛函理论(DFT)计算的形成能量vs.机器学习(ML)预测的形成能的曲线图；和图4示出了某公开的材料的氧化学势窗口。
具体实施方式
[0013]本文描述本公开的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅是实例，并且其它实施方案可以采取各种和替代的形式。附图不必是按比例的；一些特征可能被夸大或最小化，以示出特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本专利技术实施方案的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施方案。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施而言可能是所希望的。
[0014]除了明确指出之处，本说明书中表示尺寸或材料性能的所有数值量都应理解为在描述本公开的最宽范围时由词语“约”修饰。
[0015]首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，
并且加以必要的修正适用于最初定义的缩写的正常语法变化。除非明确地相反说明，否则性能的测量是通过与先前或稍后针对相同性能所引用的相同技术来测定的。
[0016]术语“基本上”或“约”在本文中可用于描述所公开或要求保护的实施方案。术语“基本上”或“约”可以修饰在本公开中所公开或要求保护的值或相对特性。在这种情况下，“基本上”或“约”可表示其修饰的值或相对特性在所述值或相对特性的
±
0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％之内。
[0017]与一个或多个实施方案相关的适用于给定目的一组或一类材料的描述意味着该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物是合适的。化学术语中的成分描述是指在加入到说明书中列举的任何组合中时的成分，并且不必排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩略词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且加以必要的修正适用于最初定义的缩写的正常语法变化。除非明确地相反说明，否则性能的测量是通过与先前或稍后针对相同性能所引用的相同技术来测定的。
[0018]通过一对电化学半(氧化还原)反应将燃料(例如H2以及用于SOFC的其它类型的烃)和氧化剂的化学能转化为电的燃料电池或电化学电池已经成为传统电池组的日益流行的替代品。已经开发了几种不同类型的燃料电池以覆盖诸如汽车、便携式电力系统、智能手机、热电联产或备用发电之类的应用。
[0019]SOFC是直接由燃料氧化而产生电的装置。由于燃料电池的特征在于其电解质材料，所以SOFC涉及固体氧化物或陶瓷电解质。图1中是SOFC的非限制性实例的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)，其包括：阳极层；与所述阳极层相邻的电解质；和与所述电解质相邻且包含具有式(I)或(II)的材料的阴极层：Sr2OsO
4 (I)或Ba2MO
4 (II)，其中M是过渡金属或后过渡金属。2.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中M是钼(Mo)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)或钪(Sc)。3.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料在约500至750℃的中温范围下具有约-1.992至-2.999 eV/原子的形成能。4.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料在约500至750℃的中温范围下具有最小值约-1.220至-5.123 eV/原子且最大值约-0.612至-3.524 eV/原子的氧化学势。5.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料在约500至750℃的中温范围下具有约-0.017至-0.050 eV/原子的热力学稳定性。6.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料是具有式(III)或(IV)的缺氧材料：Sr2OsO
4-x (III)或Ba2MO
4-x (IV)，其中x是0至2.5的数。7.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料是具有式(V)或(VI)的富氧材料：Sr2OsO
4+x (V)或Ba2MO
4+x (VI)其中x是0至2的数。8.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述材料是具有式(VII)或(VIII)的非化学计量的材料：Sr
2+a
Os
1-b
O
4 (VII)或Ba
2+a
M
1-b
O
4 (VIII)，其中a是0至1的数，其中b是0至1的数。9.根据权利要求1所述的IT-SOFC，其中所述阴极材料掺杂有一种或多种金属元素。10.IT-SOFC阴极，其包含：具有式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：