固体氧化物燃料电池用材料、阴极和固体氧化物燃料电池制造技术

提供固体氧化物燃料电池用材料、阴极和固体氧化物燃料电池。所述材料包括：具有钙钛矿晶体结构、第一离子电导率、第一电子电导率和第一热膨胀系数的第一化合物，其中所述第一化合物由下式1表示；和具有钙钛矿晶体结构、第二离子电导率、第二电子电导率和第二热膨胀系数的第二化合物，其中Z为过渡金属元素、镧系元素、或者其组合，a和b分别满足0.4≤a≤0.6和0.4≤b≤0.6，x和y分别满足0.6≤x≤0.9和0.1≤y≤0.4，和δ选择为使得所述第一化合物为电中性。式1BaaSrbCoxFeyZ1-x-yO3-δ

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于固体氧化物燃料电池的材料、包括所述材料的阴极和包括所述材料的固体氧化物燃料电池。
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)是直接将燃料气体(例如，氢气或烃)的化学能转化为电能的高效且环境友好的电化学发电装置。最近，世界各地一直在努力将SOFC商业化。典型的SOFC合意地使用具有优异的热、机械和电化学特性的材料以适应高的运行温度。为了促进SOFC的商业化，期望将SOFC的运行温度从800 1000° C的范围降低至500 700° C的范围以获得更长期的稳定性以及更经济和更有效的系统。当SOFC系统的运行温度降低时，电极材料特别是阴极材料的活性显著下降。Shao和HaiIe (Zongping Shao和 Sossina M. Haile, A High-Performance Cathodefor the Next Generation of Solid-Oxide Fuel Cells, 431 Nature 170-173(2004))公开了 Baa5Sra5Coa8Fea2CVs ( “BSCF”)阴极材料即使在600° C或更低的低温下也显示出优异的性能。曾经被认为是透氧膜材料的BSCF阴极材料具有高的氧空位浓度并且因此具有高的氧迁移率。虽然BSCF阴极材料在低温下显示出优异的性能，但是与其它含钴材料一样，BSCF阴极材料具有19 X 10_6 20 X 10_6/开尔文(K—1，在空气中，50 900° C)的大的热膨胀系数(“TEC”)。该TEC特性可与其它相邻层的TEC不匹配，并且因此可出现层间失配或者长期运行稳定性的降低。因此，仍然需要改进的SOFC材料。
技术实现思路
提供用于固体氧化物燃料电池的材料，其包括具有钙钛矿晶体结构、第一离子电导率、第一电子电导率和第一热膨胀系数且由式I表示的第一化合物，和具有钙钛矿晶体结构、第二离子电导率、第二电子电导率、和第二热膨胀系数的第二化合物，其中所述第一离子电导率大于所述第二离子电导率，所述第一电子电导率小于所述第二电子电导率，并且所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数。提供包括所述用于固体氧化物燃料电池的材料的固体氧化物燃料电池阴极。提供包括所述用于固体氧化物燃料电池的材料的固体氧化物燃料电池。另外的方面将在以下描述中部分地阐明并且部分地从该描述明晰。根据一个方面，用于固体氧化物燃料电池的材料包括具有钙钛矿晶体结构、第一离子电导率、第一电子电导率和第一热膨胀系数的第一化合物，其中所述第一化合物由式I表示；和具有钙钛矿晶体结构、第二离子电导率、第二电子电导率和第二热膨胀系数的第二化合物，其中所述第一离子电导率大于所述第二离子电导率，所述第一电子电导率小于所述第二电子电导率，并且所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数，式IBaaSrbCoxFeyZ1^yO3-δ,其中Z为过渡金属元素、镧系元素、或者其组合，a和b分别满足O. 4彡a彡O. 6和O. 4彡b彡O. 6，X和y分别满足O. 6彡X彡O. 9和O. I彡y彡O. 4，和 δ选择为使得所述第一化合物为电中性。在约500 约900° C的温度下，所述第一化合物可具有约O. 01 O. 03西门子/厘米(ScnT1)的离子电导率、约10 约lOOScnT1的电子电导率、和约16X 1(Γ6 约21 X 1(Γ6/开尔文(K—1)的热膨胀系数。在约500 约900° C的温度范围内，所述第二化合物可具有约1(Γ2 约KT7ScnT1的离子电导率、约100 约lOOOScnT1的电子电导率和约11 X IO-6 约HXlO-6K-1的热膨胀系数。在式I中，a和b可各自为0. 5，并且x和y可分别满足0. 75彡x彡0. 85和0. I ^ y ^ 0. 15。在式I中，a和b可各自为0. 5，并且X和y可分别为0. 8和0. I。在式I中，X和y之和可满足0. 7彡x+y彡0. 95。在式I中，a和b之和可满足0. 9彡a+b彡I。在式I中，所述过渡金属元素可为锰、锌、镍、钛、铌、铜、或者其组合。在式I中，所述镧系元素可为钦(“Ho”)、镱(“Yb”)、铒(“Er”)、铥(“Tm”)、镥(“Lu”)、或者其组合。所述第一化合物和所述第二化合物各自独立地可具有约0. 3 约3微米(μ m)的平均粒度。所述第二化合物可由式2表示式2LacSrdCowFezO3-Y其中c和d分别满足0. 5彡c彡0. 7和0. 3彡d彡0. 5，w和z分别满足0. I彡w彡0. 3和0. 7彡z彡0. 9，和Y选择为使得所述第二化合物为电中性。在式2中，c和d可分别为0. 6和0. 4,并且w和z可分别为0. 2和0. 8。所述第二化合物可由式3表示式3AeSrfCoqMrO3^,其中A 为镧(“La”)、钐(“Sm”)、镨(“Pr”)、或者其组合，M为铁(“Fe”)、锰(“Mn”)、或者其组合，e和f分别满足O. 4彡e彡O. 8和O. 2彡f彡O. 6，q和r分别满足O彡q彡O. 9和O. I彡r彡I，条件是当A和M分别为La和Fe时，q=0，和ζ选择为使得所述第二化合物为电中性。在式3中，A可为镨(“Pr”)，M可为铁(“Fe”)或锰，e和f可分别满足O. 4彡e彡O. 8和O. 2彡f彡O. 6，并且q和r可分别满足O. 2彡q彡O. 8和O. 2彡r彡O. 8。在式3中，A可为镧(“La”)，M可为铁(“Fe”)或锰(“Mn”)，e和f可分别满足O. 4彡e彡O. 8和O. 2彡f彡O. 6，q=0,并且r可满足O. 2彡r彡O. 8。在式3中，A可为镧(“La”)，M可为锰(“Mn”)，e和f可分别满足O. 4 ^ e ^ O. 8和O. 2彡f彡O. 6，q=0,并且r可满足O. 2彡r彡O. 8。在式3中，A可为镨(“Pr”)，M可为铁(“Fe”)或锰(Mn)，e和f可分别满足O. 5彡e彡O. 8和O. 2彡f彡O. 5，q=0,并且r可满足O. 2彡r彡O. 8。所述第二化合物相对于所述第一化合物的重量比可为约O. 53 约I. 00。根据另一方面，固体氧化物燃料电池阴极包括上述材料。所述阴极可具有包括上述材料的第一层、和第二层，其中所述第二层包括具有钙钛矿晶体结构的镧系元素金属氧化物。根据本公开内容的另一实施方式，固体氧化物燃料电池包括上述阴极；阳极；和介于所述阴极和所述阳极之间的电解质。所述固体氧化物燃料电池可进一步包括介于所述阴极和所述电解质之间并且有效防止或抑制所述阴极和所述电解质之间的反应的第一功能层。所述第一功能层可包括钆掺杂的二氧化铈(“GDC”)、钐掺杂的二氧化铈(“SDC”)、钇掺杂的二氧化铈(“YDC”)、或者其组合。所述固体氧化物燃料电池的运行温度可为约700° C或更低。根据本公开内容的另一实施方式，固体氧化物燃料电池包括阴极；阳极；介于所述阴极和所述阳极之间的电解质；和介于所述阴极和所述电解质之间的第二功能层，其中所述第二功能层包括上述材料。所述固体氧化物燃料电池的运行温度可为约700° C或更低。还公开了用于固体氧化物燃料电池的材料，所述材料包括具有钙钛矿晶体结构、第一离子电导率、第一电子电导率和第一热膨胀系数的第一化合物，其中所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于固体氧化物燃料电池的材料，所述材料包括：具有钙钛矿晶体结构、第一离子电导率、第一电子电导率和第一热膨胀系数的第一化合物，其中所述第一化合物由式1表示；和具有钙钛矿晶体结构、第二离子电导率、第二电子电导率和第二热膨胀系数的第二化合物，其中所述第一离子电导率大于所述第二离子电导率，所述第一电子电导率小于所述第二电子电导率，并且所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数，式1BaaSrbCoxFeyZ1？x？yO3？δ,其中Z为过渡金属元素、镧系元素、或者其组合，a和b分别满足0.4≤a≤0.6和0.4≤b≤0.6，x和y分别满足0.6≤x≤0.9和0.1≤y≤0.4，和δ选择为使得所述第一化合物为电中性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐受延，郭灿，朴喜正，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：