钙钛矿阴极材料、固体氧化物电解池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一类钙钛矿阴极材料、固体氧化物电解池及其制备方法与应用，所述钙钛矿阴极材料的化学式为A

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿阴极材料、固体氧化物电解池及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及固体氧化物电解池
，尤其涉及一类钙钛矿阴极材料、固体氧化物电解池及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]二氧化碳(CO2)是全球变暖的一个重要影响因素，将CO2转化为其他可燃类气体，如一氧化碳(CO)，再通过费
‑
托合成转化为碳氢燃料气体是一种可行的降低CO2浓度的方法。因为固态氧化物电解池(SOEC)具有高效的能量转化效率和较高的热力学动力，因此，使用SOEC作为CO2转换工具是一种较有前景的方法。在SOEC中，阳极涉及到氧析出过程，而阴极是CO2电解过程的主要反应中心，反应可以由以下两个反应方程式(1
‑
2)进行表达：
[0003][0004][0005]其中，表示在晶体中没有电荷的晶格氧原子，表示具有两个正电荷的氧位点空穴。作为一个线性分子，CO2具有较大的键能(碳氧双键的解离能大约为750kJ
·
mol
‑1)，导致了CO2电解池的性能主要被在阴极的CO2的吸附、活化与还原所限制。通常来说，在阴极的限制电解机制涉及以下过程：(1)CO2气体(CO
2,gas
)吸附在阴极材料的表面，同时和氧空位、一个电子结合形成表面吸附CO2(CO
2,ad
‑
)；(2)CO
2,ad
‑
继续和一个氧离子(邻位的晶格氧)结合形成一个双齿碳酸盐(CO
3,ad3
‑
)；(3)CO
3,ad3
‑
接受两个电子再解离为一氧化碳气体(CO
ad
)和两个氧离子；(4)CO
ad
的解吸和释放，所有的过程可以由以下四个公式(3
‑
6)进行表示：
[0006][0007][0008][0009]CO
ad
＝CO
gas
(6)
[0010]SOEC中CO2还原反应活性极大程度地取决于阴极材料的催化性能。阴极材料应表现出较强的CO2吸附和较好的氧离子传输能力。传统的镍
‑
氧化钇稳定的氧化锆(Ni
‑
YSZ)电极虽然具有非常优异的电解性能，但是这种电极有着一些致命的缺陷比如碳沉积和镍金属颗粒的氧化。这种缺陷会导致电解池性能的快速衰退和电解池稳定性的降低。在该限制下，离子
‑
电子导电型的钙钛矿氧化物(以下简称钙钛矿)因为具有优秀的氧化还原稳定性和不错的抗积碳能力而展现出代替Ni
‑
YSZ阴极的潜质。许多类型的钙钛矿氧化物(典型化学式为ABO3)如La
0.75
Sr
0.25
Cr
0.5
Mn
0.5
O3‑
δ
，Sr2Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
和La
0.7
Sr
0.3
Cr
0.5
Fe
0.5
O3‑
σ
已被证实是不错的CO2还原电极材料。它们虽然表现出相对较好的稳定性和电催化性能，但是仍然没有达到镍基陶瓷电解池的催化标准，其CO2电解性能还有待进一步提高。
[0011]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0012]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一类钙钛矿阴极材料、SOEC及其制备方法与应用，旨在解决现有钙钛矿阴极材料的CO2电解性能仍有待提高的问题。
[0013]本专利技术的技术方案如下：
[0014]本专利技术的第一方面，提供一类钙钛矿阴极材料，其中，其化学式为
[0015]A
y
‑
x
M
x
B
Z
O
a
‑
δ
，其中，A为镧系金属、碱土金属中的至少一种，M为Li、Na或K，B为至少一种过渡金属，0<x≤0.2，0.5<y≤2，0<z≤2，a＝3或6。
[0016]可选地，所述A选自La、Sr、Pr、Ba、Ca、Mg中的至少一种。
[0017]可选地，所述B选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mo中的至少一种。
[0018]可选地，所述钙钛矿阴极材料的化学式为La
0.575
Li
0.025
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、La
0.55
Li
0.05
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、La
0.5
Li
0.1
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、Sr
1.8
K
0.2
Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
、Sr
1.9
K
0.1
Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
、(La
0.8
Sr
0.2
)
0.9
Na
0.1
MnO3‑
δ
、(La
0.8
Sr
0.2
)
0.95
Na
0.05
MnO3‑
δ
、La
0.55
Sr
0.35
Na
0.10
FeO3‑
δ
或La
0.575
Sr
0.375
Na
0.05
FeO3‑
δ
。
[0019]可选地，所述钙钛矿阴极材料由固相法、燃烧法中的一种制备得到。
[0020]本专利技术的第二方面，提供一种钙钛矿阴极浆料，其中，包括本专利技术如上所述的钙钛矿阴极材料。
[0021]可选地，所述钙钛矿阴极浆料还包括：乙基纤维素、松油醇。
[0022]本专利技术的第三方面，提供一种本专利技术如上所述的钙钛矿阴极材料或一种本专利技术如上所述的钙钛矿阴极浆料在制备SOEC阴极中的应用。
[0023]本专利技术的第四方面，提供一种SOEC，包括阴极，其中，所述阴极包括本专利技术如上所述的钙钛矿阴极材料，或所述阴极由本专利技术如上所述的钙钛矿阴极浆料制备得到。
[0024]本专利技术的第五方面，提供一种本专利技术如上所述的SOEC在电解CO2中的应用。
[0025]有益效果：本专利技术中Li、N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钙钛矿阴极材料，其特征在于，其化学式为A
y
‑
x
M
x
B
Z
O
a
‑
δ
，其中，A为镧系金属、碱土金属中的至少一种，M为Li、Na或K，B为至少一种过渡金属，0<x≤0.2，0.5<y≤2，0<z≤2，a＝3或6。2.根据权利要求1所述的钙钛矿阴极材料，其特征在于，所述A选自La、Sr、Pr、Ba、Ca、Mg中的至少一种。3.根据权利要求2所述的钙钛矿阴极材料，其特征在于，所述B选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mn、Mo中的至少一种。4.根据权利要求1所述的钙钛矿阴极材料，其特征在于，所述钙钛矿阴极材料的化学式为La
0.575
Li
0.025
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、La
0.55
Li
0.05
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、La
0.5
Li
0.1
Sr
0.4
Co
0.7
Mn
0.3
O3‑
δ
、Sr
1.8
K
0.2
Fe
1.5
Mo
0.5
O6‑
δ
、Sr
1.9
K
0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：范梁栋，林万斌，杨睿，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：