本发明专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池的阴极及其制备方法。该固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极包括：材料为LNF-掺杂CeO2的阻挡层；位于阻挡层上的材料为LNF-掺杂CeO2的活化层；位于活化层上的材料为LNF的集电层。该梯度复合阴极的制备方法为：步骤一、将阻挡层的浆料附着于电解质上并干燥，即制成阻挡层；步骤二、将活化层的浆料附着于阻挡层上并干燥，即制成活化层；步骤三、将集电层的浆料附着于活化层上并干燥，即制成集电层，得到坯体；步骤四、将坯体烧结。本发明专利技术制备的固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极具有优异的电化学催化性能，该梯度复合阴极的制备方法简单，制备周期短，成本低廉，适于产业化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池的阴极，尤其涉及一种固体氧化物燃料电池的LNF梯度复合阴极，本专利技术还涉及这种固体氧化物燃料电池LNF梯度复合阴极的制备方法。
技术介绍
目前，在固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)的发展过程中，人们越来越认识到降低电池工作温度的重要性。若能将电池工作温度降低到中温(700 800°C )，则能提高电极的稳定性，减小热应力，延长电池寿命，还可使用廉价的金属合金作为电池的双极板材料。但是，随着电池工作温度的降低，传统电解质氧化钇稳定的氧化错(yttria stabilized zirconia, YSZ)的离子电导率和电极的催化活性迅速降低,从而导致电池的性能迅速下降。减小电解质的厚度或者采用中低温下具有较高离子电导率的材料如氧化钪稳定的氧化错(scandia stabilized zirconia, ScSZ)、氧化礼掺杂的氧化铺(gadolinium oxide-doped ceria, GDC)、氧化衫惨杂的氧化铺(samarium oxide-dopedceria，SDC)以及具有氧空位结构的钙钛矿化合物La1 JrxGa1 yMgy03 a (LSGM)等，可以解决中低温下电解质电阻增大的问题。传统的钙钛矿型锶掺杂的锰酸镧(La，Sr)MnO3(LSM)是目前所知与YSZ匹配性最好的阴极材料，在1000°C左右的高温下，LSM具有较高的电子电导和催化活性及良好的化学稳定性。这些优点使LSM成为目前应用程度最高的阴极材料。但是，作为阴极的LSM材料的催化活性会随温度降低而迅速下降，因而增大了阴极上电化学活化极化过电位，从而降低了电池的输出性能。因此，解决阴极材料在中低温下性能较差的途径之一就是寻找在中低温下具有较高催化活性的其它阴极材料。经文献检索发现，ReiichiChiba 等人发表《An investigation of LaNi1^FexO3as a cathode material for solid oxide fuel cells))(固体氧化物燃料电池阴极材料 LaNi1^FexO3 的研究)一文，见《Solid State Ionics))(固态离子学)124(3-4)(1999)281-288。该文介绍作为一种钙钛矿型氧化物，铁参杂的镍酸镧LaNia6Fea4O3(LNF)属斜方晶系，800°C的电导率为580 S/cm，是传统阴极材料Laa8Sra2MnO3(180 S/cm)的三倍。LNF从室温到1000°C的热膨胀系数(TEC)为ΙΙ^ΧΙΟ —1，比传统阴极材料Laa8Sra2MnO3(^OXK)-6K-1)更接近YSZ的热膨胀系数10. OX KT6K'在电池工作温度下，具有比传统阴极材料Laa8Sra2MnO3更高的对氧电化学还原反应的催化活性。尽管如此，La (Ni, Fe)03在相同的烧结温度下，比经典的(La, Sr) MnO3更易与ZrO2基电解质反应，如在温度高于1000°C时，LaNia6Fea4O3即与ZrO2基电解质发生反应生成绝缘的La2Zr2O7,大幅降低其电池性能。另一方面，由于LNF材料本身的特性，如LNF阴极材料在工作温度下的再氧化以及随后的氧空位浓度的下降，致使LNF阴极的初始性能并不是很好(见S. I. Hashimoto, K. Kammer, P. H. Larsen, F. ff. Poulsen, M. Mogensen, Solid State Ionics176(2005) 1013)。因此，La (Ni，Fe) O3作为极具应用前景的中低温阴极材料，其性能还需要进一步改善。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了。具体地，本专利技术采用LNF组成梯度结构设计的方法，将目前已知的催化性能优良、电子电导率高、物理化学稳定性优异的阴极材料LaNia6Fea4CVs (LNF)和催化性能优良，具有突出的氧离子储存、释放和传输能力的纳米掺杂CeO2这两种材料组合起来，使对高性能SOFC阴极的多种要求由不同的组成梯度阴极层来承担，并使各层相互配合，利用协同作用达到优势互补的效果，显著改善LNF组成梯度复合阴极的氧气还原反应动力学，从而达到提高SOFC性能的目的。 本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题一方面，本专利技术提供一种固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极，该梯度复合阴极包括阻挡层，所述阻挡层的材料为LNF-掺杂CeO2;活化层，所述活化层的材料为LNF-掺杂CeO2，所述活化层位于所述阻挡层上；集电层，所述集电层的材料为LNF，所述集电层位于所述活化层上。在本专利技术的具体实施方式中，所述掺杂CeO2为掺杂CeO2纳米颗粒；所述LNF优选为LaNia6Fea4O3 ;所述电解质层的材料优选为ScSZ。在本专利技术的具体技术方案中，阻挡层或活化层的LNF-掺杂CeO2中的掺杂CeO2,其掺杂离子均为Gd3+或/和Sm3+;优选地，掺杂离子摩尔比为(Gd+Sm) Ce=2 8，即掺杂CeO2 的纳米材料为 Gda2Cea8O2 或 / 和 Sm0.2Ce0.802。其中，所述LaNia6Fea4O3的制备方法为将摩尔比为La Ni Fe=I 0.6 0.4的La (NO3) 3 · 6H20、Ni (NO3) 2和Fe (NO3) 3 · 9H20溶于蒸馏水中；然后在溶液中溶入化学计量比的柠檬酸，并加入氨水将溶液调至中性，在120°C蒸发水分，直接得到褐色的干凝胶；将干凝胶放到坩埚电炉中(预热到300°C )，干凝胶迅速冒烟燃烧，充分燃烧后得到黑色粉体；再将所得产物分别在650和1100°C下煅烧2小时，得到LaNia6Fea4O3,其粒径分别为O. 05 O. 08 μ m 和 O. 5 O. 8 μ m。所述Gda2Cea8O2或Sma2Cea8O2的制备方法为将摩尔比为Gd或Sm Ce=O. 2 0.8的Gd(NO3)3 · 6H20或Sm(NO3)3 · 6H20和Ce (NO3)3 · 6H20溶于蒸馏水中；然后在溶液中溶入化学计量比的柠檬酸，并加入氨水将溶液调至中性，在110°C蒸发水分，直接得到淡黄色的干凝胶；将干凝胶放到坩埚电炉中(预热到450)，干凝胶迅速冒烟燃烧，充分燃烧后得到淡黄色粉体；再将所得产物在600°C下煅烧2小时，得到Gda2Cea8O2或Sma2Cea8O2,其粒径均为O.05^0. 06 μ m。在所述阻挡层中，LNF-掺杂CeO2中LNF与掺杂CeO2的质量比优选为6 7 4 3。在所述活化层中，LNF-掺杂CeO2中LNF与掺杂CeO2的质量比优选为7 8 3 2。在本专利技术的具体实施方式中，优选地，所述阻挡层的厚度为8 10微米，所述活化层的厚度为10微米，所述集电层的厚度为8 10微米。另一方面，本专利技术还提供一种上述固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极的制备方法。该方法可适用于工业化生产制备大尺寸高性能固体氧化物燃料电池LNF组成梯度复合阴极，具体包括以下步骤步骤一，将LNF粉体和掺杂CeO2的混合物与松油醇混合成浆料，将该浆料沉积于电解质上，并于110°C干燥O. 5小时后制成LNF-掺杂CeO本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极，其特征在于，包括 阻挡层，所述阻挡层的材料为LNF-掺杂CeO2 ； 活化层，所述活化层的材料为LNF-掺杂CeO2，所述活化层位于所述阻挡层上； 集电层，所述集电层的材料为LNF，所述集电层位于所述活化层上； 所述CeO2中的掺杂离子均为Gd3+或/和Sm3+。2.如权利要求I所述的固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极，其中，所述阻挡层中，所述LNF-掺杂CeO2中LNF与掺杂CeO2的质量比为6 7 4 3。3.如权利要求I所述的固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极，其中，所述活化层中，所述LNF-掺杂CeO2中LNF与掺杂CeO2的质量比为疒8 3 2。4.如权利要求I所述的固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极，其特征在于，所述CeO2中的掺杂离子摩尔比为(Gd+Sm) Ce=2 8。5.一种制备如权利要求I所述的固体氧化物燃料电池的梯度复合阴极的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、将LNF和掺杂CeO2的混合物与松油醇混合成浆料，将该浆料附着于电解质上，并于110干燥O. 5小时干燥后，即制成所述阻挡层； 所述LNF与所述掺杂CeO2的质量比为6 7 4^3 ； 步骤ニ、将LNF和掺杂CeO2的混合物与松油...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，朱新坚，任睿轩，胡一星，刘烨彬，丁小益，刘宗尧，吕尧，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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