CN101924219A - 一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法 - Google Patents

一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101924219A
CN101924219A CN2010102399910A CN201010239991A CN101924219A CN 101924219 A CN101924219 A CN 101924219A CN 2010102399910 A CN2010102399910 A CN 2010102399910A CN 201010239991 A CN201010239991 A CN 201010239991A CN 101924219 A CN101924219 A CN 101924219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode material
fuel cell
solid oxide
oxide fuel
cell cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010102399910A
Other languages
English (en)
Inventor
李恩国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU SHUANGDE GROUP CO Ltd
Original Assignee
JIANGSU SHUANGDE GROUP CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGSU SHUANGDE GROUP CO Ltd filed Critical JIANGSU SHUANGDE GROUP CO Ltd
Priority to CN2010102399910A priority Critical patent/CN101924219A/zh
Publication of CN101924219A publication Critical patent/CN101924219A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种固体氧化型燃料电池阴极材料及其制作方法，该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF，向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入重量百分含量为10％-40％的SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料，对该固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。掺入SDC后的阴极材料性能明显提升，再经加压处理后电池性能更进一步提升，欧姆电阻和极化电阻明显降低。

Description

一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法
技术领域
本发明属于电气机械及器材制造领域，涉及一种固体氧化物型燃料电池阴极材料。
背景技术
作为一种新能量转换装置，高效且低排放或者零排放的SOFC(固体氧化物型燃料电池)在过去20年受到了非常大的重视。常规的Solid Oxide Fuel Cell(SOFC)一般工作在800-1000℃，在如此高温度下运行，而高温带来一系列问题：如电极烧结导致性能衰退、对材料要求苛刻，成本高等，电极材料和连接体材料的选择范围受到限制，并且SOFC的使用寿命大大缩短，限制了SOFC的进一步发展，因此降低该电池的工作温度(一般降至600-800℃)成为SOFC发展的必然趋势。通常有两种方法减小反应温度，一种方法是减小电解质厚度或者采用高电导率的介质来减小燃料电池的阴极极化电阻。另一种方法是开发一种新的阴极材料来相应的减小电阻。考虑对薄膜片燃料电池的依赖，对于减小电解质厚度存在严重的限制。这样，开发高效用竞争力阴极材料或许是最有可能实现的方法来减小温度。目前，高温SOFC中使用的阴极材料是La1-xAxMnO3(A＝Ca，Sr，Ba等)这种材料在高温下具有较高的电导率，对氧也有较好的催化作用，并且与固体电解质YSZ(氧化锆)在化学相容性和热膨胀等方面较匹配。但是随着温度的降低，传统La1-xSrxMnO3(LSM)阴极材料由于活化能大而导致其过电位将急剧增大，进而成为限制中低温SOFC的工作性能的主要因素。因此寻找新的阴极材料取代原材料已经成为发展中低温SOFC的一个重要课题。
目前，SOFC阴极要求具有如下性质：阴极材料必须能够在氧化性气氛中保持稳定，另外，和阳极材料一样，它必须是具有多孔结构的电子导体，而且这种多孔结构必须能够在高温下保持稳定。同样，高温也限制了材料的选择，通常可选择的是贵金属和电子电导率很高的氧化物。实际上，由于价格原因，贵金属已经被排除在外，大量使用的是氧化物。氧化物不仅要具有高的电子电导率，还要具备与电解质材料相差不大的热膨胀系数，且在高温下不能与电解质材料发生反应。研究者对大量的掺杂氧化物进行了研究，其中LSM(锰酸镧锶)是使用得最多的阴极材料。但LSM阴极材料在较低的操作温度下性能不佳，因此极大的限制了SOFC的性能。LSCF(纳米镧锶钴铁，化学式：La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)具有更高的电子电导率，且Fe含量较低时能够与YSZ(氧化锆)电解质热膨胀相匹配，这意味着它将是中温SOFC最常使用的阴极材料。我国在该方向也取得了一定成果，但由于起步晚，资金投入不足等原因发展仍较缓慢。国外已在电极材料的制备和优化，电介质材料的开发和薄膜化方面做了系统的研究，并取得了显著的进展，而我国在这些领域的研究相对滞后，基本处于模仿跟踪状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池(SOFC)阴极材料及其制作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方能实现：
一种固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％，优选为30％。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料，其在于对该固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。
一种固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％，优选为30％。
上述固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其在于对固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。
具体方案为：
选取两种阴极材料，一种为纯态的LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)阴极材料，另一种为由LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)和SDC(氯异氰尿酸钠)组成的复合阴极材料，在复合阴极材料中SDC的重量百分含量为10～40％，优选30％，对部分阴极材料进行加压处理。加压方法为常规技术手段，将纯态LSCF阴极材料或按比例进行混合的LSCF和SDC的复合阴极材料倒入φ10(直径为10mm)模具中，采用7个大气压的压强对纯态LSCF阴极材料或按比例进行混合的LSCF和SDC的复合阴极材料进行加压处理，然后将加压处理后的阴极材料粉碎后制备成浆料。分别采用加压处理过的纯态LSCF阴极材料、加压处理过的LSCF和SDC组成的复合阴极材料、未加压处理过的纯态LSCF阴极材料和未加压的LSCF和SDC组成的复合阴极材料制作固体氧化物型燃料电池，固体氧化物型燃料电池的其它材料及制作工艺与常规技术相同。
本发明的有益效果：
掺SDC复合阴极的欧姆电阻和极化电阻均小于纯态LSCF阴极材料，进行加压处理后的纯态LSCF阴极材料的欧姆电阻和极化电阻小于未经加压处理的纯态LSCF阴极材料，而在复合阴极中加压处理后的阴极材料的欧姆电阻和极化电阻又均小于未经处理的阴极复合材料。由此可以得出加压处理和掺SDC均能明显的降低固体氧化物型燃料电池的电阻。
附图说明
图1  阳极支撑型固体氧化物型燃料电池实物图。
图2  700℃不同阴极材料的阻抗谱。
三种不同阴极材料制作的单电池阻抗情况，-☆-曲线为加压处理后的LSCF阴极材料单电池阻抗谱；-△-曲线为LSCF+30％SDC复合阴极材料单体电池阻抗谱；-□-曲线为加压处理后的LSCF+30％SDC复合阴极材料单体电池阻抗谱。
图3  单电池电化学测试示意图。
1-YSZ膜  2-阴极  3-阳极  4-引线  5-瓷管  6-细瓷管  7-电化学综合测试仪
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不将本发明限制在实施例所述的范围之内。
实施例1利用加压的LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)作为阴极材料制作阳极支撑体固体氧化物型燃料电池
阳极支撑体质量为0.25g半径为13mm的YSZ+NiO+面粉片，将其1000℃高温煅烧2小时。因YSZ经高温煅烧后表面会比较光滑，不易于阴极的涂覆，所以要对其进行粗糙化处理，即将YSZ与粘结剂按适量比例混合配制成浆料，然后旋涂在YSZ片的表面上。在阳极支撑体上旋涂YSZ浆料三层，每旋一层400℃烘15分钟，最后再粗糙化一层，其中在旋涂二、三、四层时注意牙签不能碰到下面一层，从而保证电解质的致密，高温程控炉中1400℃高温煅烧4小时，制成后如图1所示。将过渡层浆料SDC均匀旋涂在电解质层上(防止LSCF与YSZ电解质发生化学反应)，1300℃高温煅烧4小时。将LSCF阴极材料倒入φ10(直径为10mm)模具中用7个大气压的压强加压处理后粉碎并制成浆料，将加压过的LSCF阴极浆料搅拌后均匀地涂在粗糙化的电解质过渡层上，面积约为0.11cm2，用管式程控炉950℃下煅烧2小时，得到完整单电池。
图3为单电池电化学性能测试示意图。电池制备完成后进行封接，将电池接到瓷管5上，用银膏密封，400℃加热10-20分钟，以保证电池工作时不漏气，封接时阴极2朝外，阳极3朝里，阴极和阳极之间为YSZ膜1，阴阳极各引出两条引线4，管内两引线外套细瓷管6隔离，防止造成引线短路影响电池性能测试。另外加一热电偶测量温度，热电偶的顶端应与电池尽量接近，以保证测量温度的准确。
实施例2利用LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)和30％SDC的复合材料作为阴极材料制作阳极支撑体固体氧化物型燃料电池
阳极支撑体质量为0.25g半径为13mm的YSZ+NiO+面粉片，将其1000℃高温煅烧2小时。因YSZ经高温煅烧后表面会比较光滑，不易于阴极的涂覆，所以要对其进行粗糙化处理，即将YSZ与粘结剂按适量比例混合配制成浆料，然后旋涂在YSZ片的表面上。在阳极支撑体上旋涂YSZ浆料三层，每旋一层400℃烘15分钟，最后再粗糙化一层，其中在旋涂二、三、四层时注意牙签不能碰到下面一层，从而保证电解质的致密，高温程控炉中1400℃高温煅烧4小时，制成后如图1所示。将过渡层浆料SDC均匀旋涂在电解质层上(防止LSCF与YSZ电解质发生化学反应)，1300℃高温煅烧4小时。将复合阴极浆料(SDC占30％)均匀地涂在粗糙化的电解质过渡层上，面积约为0.11cm2，用管式程控炉950℃下煅烧2小时，得到完整单电池。
电池制备完成后进行封接，将电池接到瓷管上，用银膏密封，400℃加热10-20分钟，以保证电池工作时不漏气，封接时阴极2朝外，阳极3朝里，阴极和阳极之间为YSZ膜1，阴阳极各引出两条引线4，管内两引线外套细瓷管隔离，防止造成引线短路影响电池性能测试。另外加一热电偶测量温度，热电偶的顶端应与电池尽量接近，以保证测量温度的准确。单电池电化学性能测试示意图如图3所示。
实施例3利用加过压的LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)和30％SDC的复合材料作为阴极材料制作阳极支撑体固体氧化物型燃料电池
阳极支撑体质量为0.25g半径为13mm的YSZ+NiO+面粉片，将其1000℃高温煅烧2小时。因YSZ经高温煅烧后表面会比较光滑，不易于阴极的涂覆，所以要对其进行粗糙化处理，即将YSZ与粘结剂按适量比例混合配制成浆料，然后旋涂在YSZ片的表面上。在阳极支撑体上旋涂YSZ浆料三层，每旋一层400℃烘15分钟，最后再粗糙化一层，其中在旋涂二、三、四层是注意牙签不能碰到下面一层，从而保证电解质的致密，高温程控炉中1400℃高温煅烧4小时，制成后如图1所示。将过渡层浆料SDC均匀旋涂在电解质层上(防止LSCF与YSZ电解质发生化学反应)，1300℃高温煅烧4小时。将70％的LSCF和30％的SDC混合后倒入φ10(直径为10mm)模具中用7个大气压的压强加压处理后粉碎并制成浆料，将加过压的复合阴极浆搅拌(SDC占30％)后均匀地涂在粗糙化的电解质过渡层上，面积约为0.11cm2，用管式程控炉950℃下煅烧2小时，得到完整单电池。
电池制备完成后进行封接，将电池接到瓷管上，用银膏密封，400℃加热10-20分钟，以保证电池工作时不漏气，封接时阴极2朝外，阳极3朝里，阴极和阳极之间为YSZ膜1，阴阳极各引出两条引线4，管内两引线外套细瓷管隔离，防止造成引线短路影响电池性能测试。另外加一热电偶测量温度，热电偶的顶端应与电池尽量接近，以保证测量温度的准确。单电池电化学性能测试示意图如图3所示。
实施例4电池阻抗测试
采用三电极法对阴极进行电化学性能的测试，实施例1、2、3制得的电池的阻抗测试曲线如图2所示，图2为700℃下不同阴极材料的阻抗谱。
曲线与X轴的截距为单电池的欧姆电阻，截距越大，欧姆电阻越大，各曲线的曲率半径为单电池的极化电阻，半径越大，极化电阻越大。从图中可以看出掺SDC复合阴极的欧姆电阻和极化电阻均小于纯态LSCF阴极材料，而在复合阴极中加压处理后的阴极材料的欧姆电阻和极化电阻又均小于未经处理的阴极复合材料。由此可以得出加压处理或掺SDC均能明显的降低燃料电池的电阻。

Claims (10)

1.一种固体氧化物型燃料电池阴极材料，其特征在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料，其特征在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料，其特征在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％。
4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料，其特征在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为30％。
5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料，其特征在于对该固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。
6.一种固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其特征在于该固体氧化物型燃料电池阴极材料含有LSCF。
7.根据权利要求6所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其特征在于向该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入SDC，制成由LSCF和SDC组成的固体氧化物型燃料电池阴极材料。
8.根据权利要求7所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其特征在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为10％～40％。
9.根据权利要求8所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其特征在于在该固体氧化物型燃料电池阴极材料中掺入的SDC的重量百分含量为30％。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的固体氧化物型燃料电池阴极材料制作方法，其特征在于对固体氧化物型燃料电池的阴极材料进行加压处理。
CN2010102399910A 2010-07-29 2010-07-29 一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法 Pending CN101924219A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102399910A CN101924219A (zh) 2010-07-29 2010-07-29 一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102399910A CN101924219A (zh) 2010-07-29 2010-07-29 一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101924219A true CN101924219A (zh) 2010-12-22

Family

ID=43338977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102399910A Pending CN101924219A (zh) 2010-07-29 2010-07-29 一种固体氧化物型燃料电池阴极材料及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101924219A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101246980A (zh) * 2008-03-26 2008-08-20 中国矿业大学(北京) 固体氧化物燃料电池与热电材料联合发电系统
CN101381880A (zh) * 2007-08-31 2009-03-11 丹麦技术大学 复合电极

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101381880A (zh) * 2007-08-31 2009-03-11 丹麦技术大学 复合电极
CN101246980A (zh) * 2008-03-26 2008-08-20 中国矿业大学(北京) 固体氧化物燃料电池与热电材料联合发电系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Journal of Power Sources》 20100225 Lifang Nie,et al La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-delta cathodes infiltrated with samarium-doped cerium oxide for solid oxide fuel cells 4704-4708 1,5,6,10 第195卷, *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ling et al. A cobalt-free Sm0. 5Sr0. 5Fe0. 8Cu0. 2O3− δ–Ce0. 8Sm0. 2O2− δ composite cathode for proton-conducting solid oxide fuel cells
Peng et al. Intermediate-temperature SOFCs with thin Ce0. 8Y0. 2O1. 9 films prepared by screen-printing
Fan et al. Potential low-temperature application and hybrid-ionic conducting property of ceria-carbonate composite electrolytes for solid oxide fuel cells
Zhao et al. Novel layered perovskite oxide PrBaCuCoO5+ δ as a potential cathode for intermediate-temperature solid oxide fuel cells
Chen et al. Development of yttria-stabilized zirconia thin films via slurry spin coating for intermediate-to-low temperature solid oxide fuel cells
CN104916850B (zh) 固体氧化物燃料电池阴极用材料及具其复合阴极材料及其制备方法和电池复合阴极制备方法
Shen et al. Co-sintering anode and Y2O3 stabilized ZrO2 thin electrolyte film for solid oxide fuel cell fabricated by co-tape casting
Liu et al. High-performance cathode-supported SOFCs prepared by a single-step co-firing process
CN107017423B (zh) 一种低温固体氧化物燃料电池及其制备方法
Chen et al. Effect of SDC-impregnated LSM cathodes on the performance of anode-supported YSZ films for SOFCs
CN104409742A (zh) 一种BaCoO3-δ基B位Bi2O3和Nb2O5共掺杂的固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用
Yang et al. (La0. 8Sr0. 2) 0.98 MnO3-δ-Zr0. 92Y0. 16O2-δ: PrOx for oxygen electrode supported solid oxide cells
Rehman et al. Effect of GDC addition method on the properties of LSM–YSZ composite cathode support for solid oxide fuel cells
Zhou et al. Metal-supported solid oxide fuel cells with in-situ sintered (Bi2O3) 0.7 (Er2O3) 0.3–Ag composite cathode
Kim et al. Fabrication and operating characteristics of a flat tubular segmented-in-series solid oxide fuel cell unit bundle
CN108390087B (zh) 一种复合固体电解质及其制备方法
Ding et al. Fabrication and characterization of low-temperature SOFC stack based on GDC electrolyte membrane
Zhang et al. High Performance Proton-Conducting Solid Oxide Fuel Cells with a Layered Perovskite GdBaCuCoO 5+ x Cathode
Xin et al. Solid oxide fuel cells with dense yttria-stabilized zirconia electrolyte membranes fabricated by a dry pressing process
Xue et al. Anode supported planar solid oxide fuel cells with the large size of 30 cm× 30 cm via tape-casting and co-sintering technique
Yamaguchi et al. Fabrication and evaluation of cathode-supported small scale SOFCs
Zeng et al. Enhancing the oxygen reduction reaction activity and durability of a solid oxide fuel cell cathode by surface modification of a hybrid coating
Zhang et al. Effect of impregnation of Sm-doped CeO2 in NiO/YSZ anode substrate prepared by gelcasting for tubular solid oxide fuel cell
Lv et al. A new design of metal supported micro-tubular solid oxide fuel cell with sandwich structure
Wang et al. Investigation of LSM1. 1–ScSZ composite cathodes for anode-supported solid oxide fuel cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20101222