本发明专利技术涉及固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料及其制备方法，属于燃料电池材料领域，本发明专利技术的电流收集材料由Ａ位缺位的锰酸锶镧和贵金属复合而成，为非纯相的混合物材料，其基本组成的化学通式为（１－ｚ）（Ｌａ１－ｘＳｒｘ）１－ｙＭｎＯ３－δ－ｚＡ。Ａ位缺位的锰酸锶镧在氧化气氛下稳定且具有较高的电导率，贵金属在氧化和还原气氛下均稳定且电导率高，高温下韧性好，可以改善陶瓷颗粒之间的接触。制备时将贵金属的化合物加入到经高温烧结的Ａ位缺位的锰酸锶镧颗粒中，经过热处理，采用丝网印刷的方式印刷到阴极表面。本发明专利技术工艺简单、成本低、寿命长、便于大规模应用，有利于降低ＳＯＦＣ电池堆的成本，具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，适用于SOFC 电池堆，属于燃料电池材料领域。
技术介绍
燃料电池是将化学能直接转化为电能的电化学能量转化装置。从原理上讲，燃料 电池不受卡诺循环限制，具有能量转化效率高(可达50 60%)和环境友好(即很低的 N0X、SO2和噪音排放)等传统热机所无法比拟的优点。固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell简称SOFC)，一般称为第四代燃料电池，是八十年代迅速发展起来的新型燃料电 池技术。在SOFC中，由于是全固体的电池结构，避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电 解液流失等问题；高的工作温度(600-100(TC )，使电极反应过程相当迅速，避免了使用低 温燃料电池必须采用的贵金属电极，因而电池成本大大下降；最突出的优点是可直接用天 然气(甲烷)或煤气作为燃料来发电，因而具有更广泛的应用前景。由于SOFC单电池工作电压只有IV左右，在实际应用中需要将单电池串联组装成 电池堆以提高其输出电压和输出功率。影响电池堆功率的主要因素有极化阻抗和欧姆阻 抗。其中极化阻抗可以通过优化电极来控制。而欧姆阻抗包括电解质材料本身的阻抗，以 及各个组件间的接触阻抗。电解质材料本身的阻抗可以通过薄膜化，或使用氧离子电导率 更高的SSZ电解质等而降低；因而接触电阻，特别是经过高温烧结的阴极多孔陶瓷材料和 连接体材料之间的接触电阻，即成为整个欧姆阻抗的主要来源而必须加以控制。因此，开发 阴极与连接体之间的新的电流收集材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种制造工艺简单、成本低廉的固体氧化物燃料电池阴极侧电流 收集材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。本专利技术的固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料(以下简称集电材料)是由A 位缺位的锰酸锶镧((LahSrx) ^yMnO3-δ)和贵金属复合而成，为非纯相的混合物材料，其基 本组成的化学通式为(1-ζ) (Li^xSrx) ^MnCVs-zA，其中，χ为锶的掺入量，0. 1 ^ χ ^ 0. 4 ;Y 为A位的缺位量0 < y < 0. 2 ； δ代表氧的非化学计量，取值可以为0 < δ < 0. 8 ;Α为贵 金属元素中的一种；ζ为贵金属的掺入量，5wt%彡ζ < IOOwt% (重量百分含量)；所述集 电材料的电导率与两种材料(LiVxSrx)1IMnCVs和A的比例有关，因而是可以控制的。所述元素右下角部分l-X、X、l_y、l和3- δ代表元素之间的摩尔比，所述元素前部 分 1-ζ 和 ζ 分别代表(Lai_xSrx) ^yMnCVs 和 A 在(l_z) (Lai_xSrx) ^yMnCVs_zA 中的重量百分 含量。较佳的，所述贵金属元素A为Au、Pt或Pd ；进一步的，所述集电材料的化学通式中，如0. 1彡y彡0. 2ζ彡99wt%0当A为Pd，且χ = 0. 2，y = 0. 1，ζ = 0. 06时，所述集电材料的化学组成通式为0. 94(La0.8Sr0.2)0.9Mn03_5-0. 06Pd，为中温固体氧化物燃料电池复合阴极电流收集材料。本专利技术A位缺位的基本原理是=LaMnO3M料为一种钙钛矿结构的材料，如图1 所示，La占据了其中的A位，采用了 Sr掺杂取代了 La的位置，造成了 Lai_xSrxMn03_s的 氧的缺位，而(LahSrx)1IMnCVs就是在之前掺杂的基础上面，A位缺位，这样可以降低 (La^SighMnCVs的烧结温度。(Lai_xSrx) PyMnO3-s材料合成了以后，再和Au、Pt、Pd等贵金 属元素机械混合复合而成，为非纯相的混合物材料，而非采用化学方法合成的纯相材料。所述集电材料的制备方法，包括以下步骤1)采用固相反应法制备A位缺位的La1^xSrxMnO3- s 按照La1^xSrxMnO3-s中La、 Sr、Mn的化学计量比称取La203、SrCO3和MnCO3,球磨后烘干，热处理后得到A位缺位的 La1^xSrxMnO3-S 粉体。2)将得到的Lai_xSrxMn03_s粉体压成块体材料，进行高温烧结；3)将经过高温烧结的块体材料粉碎，加入溶剂，球磨，烘干，过筛；4)选取过筛后合适粒度大小的Lai_xSrxMn03_s颗粒l_z重量份，加入ζ重量份贵金 属元素A的化合物，研磨并烘干后进行热处理，得到加入贵金属元素A的化合物的粉体；5)将加入贵金属元素A的化合物的粉体制成丝网印刷浆料，丝网印刷到 LSM (La1^xSrxMnO3- δ)阴极表面形成电流收集层，得到所述的集电材料。步骤1)中，热处理温度为600-1000°C，时间为Hh ；所述球磨介质可以为锆球，球 磨溶剂为乙醇，球磨机为行星球磨机。步骤2)中，所述烧结温度为1200-1500°C，烧结时间为IH步骤3)中，所述溶剂为蒸馏水，所述加入的块体材料与蒸馏水的质量比为 1 3-20 ；球磨的转速为100-500转/分钟，球磨时间为4_8h。步骤4)中，所选取的颗粒粒度为1-8微米；所述贵金属元素A的化合物为二氯四 氨合钯、六水氯钼酸或氯金酸；热处理温度为100-300°C，时间为IH步骤幻中所述的电流收集层的厚度为10-40微米；所述丝网印刷浆料中还包括松 油醇和乙基纤维素，丝网的目数为100 200目。本专利技术制备方法所得的固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料(集电材料)的 具体技术为本专利技术是一种复合而成的金属-陶瓷混合物，而非一种纯相的结构，为贵金属 连接锰酸锶镧的陶瓷颗粒。本专利技术的贵金属包裹在经高温烧结后有一定电导率的化学稳定 的锰酸锶镧颗粒周围，形成一个连接的网络，将锰酸锶镧颗粒连接成为连续的电流通路，如 图2所示。该通路将电子从连接板上传输到阴极表面，供氧还原电极反应用。本专利技术的电 流收集材料的作用是将电子从连接板上传输到阴极表面，供氧还原电极反应用；而非将氧 离子很好的传输到固体电解质表面。由于集电材料是丝网印刷上去的，具有一定的柔性，可 以改善阴极与连接板之间的接触，变点接触为面接触，减小接触阻抗。本专利技术的新型电流收集材料由A位缺位的锰酸锶镧((LahSrx)1IMn(Vs)和贵金属 复合而成；A位缺位的锰酸锶镧在氧化气氛下稳定且具有较高的电导率，贵金属在氧化和 还原气氛下均稳定且电导率高，高温下韧性好，可以改善陶瓷颗粒之间的接触。当集电材料的化学组成通式为0. 94(La0.8Sr0.2)0.9Mn03_5-0. 06Pd时，所述集电材料 0. 94(La0.8Sr0.2)0.9Mn03_5-0. 06Pd的制备步骤可以如下所述1、制备A位缺位的(LEia8Sra2)ci9MnCVs 按照化学计量比(摩尔比)称取Lei2O3,SrCO3, MnCO3，然后以锆球为球磨介质、以乙醇为溶剂用行星球磨机混合球磨池并70°C 烘干；1000°C温度条件下处理2h得到纯相的(La0.8Sr0.2) 0.9Mn03_ s粉体，即A位缺位的 (Laa8Sr0 2) 0.9Mn03-S。2、将所得到的(LEia8Sra2)a9MnCVs粉体于200MP下干压成150X 150X 10毫米的 块体材料，经1400°C处理4h。3、将得到的(I^a8Sra2)a9MnCVs块体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池阴极侧电流收集材料，由Ａ位缺位的锰酸锶镧（Ｌａ↓［１－ｘ］Ｓｒ↓［ｘ］）↓［１－ｙ］ＭｎＯ↓［３－δ］和贵金属复合而成，为非纯相的混合物材料，其基本组成的化学通式为（１－ｚ）（Ｌａ↓［１－ｘ］Ｓｒ↓［ｘ］）↓［１－ｙ］ＭｎＯ↓［３－δ－ｚ］Ａ，其中，ｘ为锶的掺入量，０．１≤ｘ≤０．４；Ｙ为Ａ位的缺位量０＜ｙ≤０．２；δ代表氧的非化学计量；Ａ为贵金属元素中的一种；ｚ为贵金属的掺入量，５ｗｔ％≤ｚ＜１００ｗｔ％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王绍荣，王川，温廷琏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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