CN109742414A - 一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ta和Mo共掺杂的SrFeO3‑δ基钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法和应用，所述阴极材料的化学式为SrTaxMoyFe1‑x‑yO3‑δ，其中，x为Ta的掺杂量，0<x≤0.15，y为Mo的掺杂量，0<y≤0.15，δ为氧空位的含量，0≤δ≤0.5；所述阴极材料采用溶胶凝胶‑固相两步法制备而成，本发明通过价态高且稳定的Ta5+和Mo6+对SrFeO3‑δ进行Ta和Mo的共掺杂，通过Ta和Mo共同取代SrFeO3‑δ中的Fe，可获得一种在中温区结构稳定，氧还原催化活性良好的阴极材料，适用于制备中温固体氧化物燃料电池。

Description

一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于固体氧化物燃料电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备和应用。
背景技术
固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC)是一种全固态的能量转换装置，可直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能，被公认为21世纪的绿色能源技术，对满足电力需求、缓解能源危机、保护生态环境及保障国家安全都具有重大意义；传统的SOFC运行温度较高(800-1000℃)，导致其稳定性差，寿命短，成本高，从而限制了其大规模商业化应用，因此将 SOFC的工作温度降至中温(600-800℃)是目前该领域的研究重点；工作温度的降低，有利于扩大SOFC相关材料的选择范围，增加电池系统的稳定性；但是，温度降至中温后，会降低SOFC阴极材料的催化活性，使SOFC阴极与电解质材料之间的界面极化电阻迅速增加，从而导致SOFC输出性能的下降，因此，研发在中温区具有良好的电化学催化性能的阴极材料，是目前该领域亟待解决的一个关键问题。
目前，该领域研究最多的阴极材料是钙钛矿型陶瓷材料，其中，钴基钙钛矿型氧化物SrCoO3-δ及其掺杂衍生物是研究较多的一类，该类材料具有良好的离子-电子混合导电性，但是其最大的缺点就是热膨胀系数较大，与传统的电解质材料之间的热匹配性较差，因此，研发在中低温区性能优异的非钴基钙钛矿型阴极材料极其重要；相对于钴基钙钛矿型材料来说，SrFeO3-δ等铁基钙钛矿型材料热膨胀系数较低，但其电化学催化活性略差，因此近年来研究人员对SrFeO3-δ基钙钛矿材料的掺杂进行了广泛研究，以期通过掺杂的手段来增加其电化学催化性能；Niu和Jose等人分别对在SrFeO3-δ的Sr位进行Bi掺杂和Fe位进行Si掺杂进行了研究(1.Evaluation and optimization of Bi1-xSrxFeO3-δperovskites，International Journal of Hydrogen Energy 36 (2011)3179-3186；2.Investigationinto the effect of Si doping on the performance of SrFeO3-δSOFC electrodematerials，Journal of Materials Chemistry A 1(2013)11834)；研究结果表明Bi和Si单掺杂的SrFeO3-δ材料其界面极化电阻(Rp)仍然较高；例如，700℃时，Bi0.2Sr0.8FeO3-δ和SrFe0.9Si0.1O3-δ的Rp值分别为0.5Ωcm2和0.9Ωcm2，较高的界面极化电阻和较低的电化学催化活性限制了这种材料的大规模应用。
为了解决现有技术中SrFeO3-δ基钙钛矿型阴极材料电化学催化活性低、界面极化电阻高等问题，本发明公开了一种Ta和Mo共掺杂的SrFeO3-δ材料及其制备方法与应用，通过价态高且稳定的Ta5+和 Mo6+对SrFeO3-δ进行Ta和Mo的共同掺杂，能够有效降低SrFeO3-δ基钙钛矿型阴极材料在中温区的界面极化电阻，并显著提高其电化学催化活性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中SrFeO3-δ基钙钛矿型阴极材料电化学催化活性低、界面极化电阻高等问题，提供了一种钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料及其制备方法和应用，通过价态高且稳定的Ta5+和Mo6+对SrFeO3-δ进行Ta和Mo的共掺杂，通过Ta和Mo 共同取代SrFeO3-δ中的Fe，可获得一种在中温区性能稳定且电化学催化性能较好的新型SOFC阴极材料，能够有效降低SrFeO3-δ基钙钛矿型阴极材料在中温区的界面极化电阻，并显著提高其电化学催化活性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，所述阴极材料为钙钛矿结构，化学式为SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ，其中，x为Ta的掺杂量，0<x≤0.15， y为Mo的掺杂量，0<y≤0.15，δ为氧空位的含量，0≤δ≤0.5。
其中，δ氧空位含量是在样品制备时，高温热处理过程中损失的氧，δ的取值取决于实验条件，在本发明各实验条件下制得的 SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ阴极材料的氧空位的含量在0≤δ≤0.5范围内，且在此范围内SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料均具有较好的电化学催化活性及较低的界面极化电阻。
本发明的另一目的是提供所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照阴极材料化学式的化学计量比，称量Sr(NO3)2、 (NH4)6Mo7O24·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O，并依次溶于去离子水中，混合均匀得到金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：乙二胺四乙酸＝1:1.5:1，依次加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，加热搅拌至溶液透明，得到混合溶液；
(c)将上述混合溶液转移至蒸发皿中，加热至溶液变为半透明得到凝胶；
(d)将上述凝胶在电热丝炉上灼烧，得到黑色前驱体粉末；
(e)按照阴极材料化学式的化学计量比，称量Ta2O5并加入到前驱体粉末中进行研磨混合，然后放入马弗炉中进行低温预煅烧；
(f)将预烧后的粉末进行研磨，压片，然后放入马弗炉中进行高温煅烧；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ阴极材料粉末。
优选的，步骤(c)中加热条件为在90-100℃恒温水浴15～20h。
优选的，步骤(e)中低温预煅烧温度为600-800℃。
优选的，步骤(f)中高温煅烧条件为1200℃高温煅烧8-10h。
优选的，步骤(f)中压片成型压力为20MPa。
本发明还提供所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用。
优选的，所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的应用，制备中温固体氧化物燃料电池中的方法为：以SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ作为阴极，以La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3作为电解质，以NiO和 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3的混合物作为阳极组成的固体氧化物燃料电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过“溶胶凝胶-固相”两步法，通过价态高且稳定的Ta5+和Mo6+对SrFeO3-δ进行Ta和Mo的共掺杂，通过Ta和Mo共同取代SrFeO3-δ中的Fe，获得一种适用于中温固体氧化物燃料电池的阴极材料，本发明制备方法操作简单。
(2)本发明制备的中温固体氧化物燃料电池阴极材料在温度为 700℃、空气气氛中界面极化电阻为0.19～0.30Ωcm2。
(3)本发明制备的中温固体氧化物燃料电池阴极材料具有良好的催化氧还原反应能力，解决现有固体氧化物燃料电池阴极材料 SrFeO3-δ在中温(600～800℃)条件下催化活性低、界面极化电阻高等问题。
(4)本发明阴极材料与La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质有良好的兼容性，在中温区具有较低的界面极化阻抗和较高的电化学催化活性，以SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ作为阴极，以La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3作为电解质，以NiO和La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3的混合物作为阳极组成的固体氧化物燃料电池获得较高的能量密度输出。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备的SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料的XRD图谱；
图2是本发明实施例1中SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料在700℃的电化学交流阻抗图；
图3是本发明实施例1中SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料在 300-800℃的电导率曲线；
图4是本发明实施例1中以SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ为阴极材料的全电池在700℃时的放电曲线；
图5是本发明实施例2中制备的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料的 XRD图谱；
图6是本发明实施例2中SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在700℃时的电化学交流阻抗图；
图7是本发明实施例2中SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在300-800 ℃的电导率曲线；
图8是本发明实施例2中以SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ为阴极材料的全电池在700℃时的放电曲线；
图9是本发明实施例3中制备的SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料的XRD图谱；
图10是本发明实施例3中SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料在700 ℃时的电化学交流阻抗图；
图11是本发明实施例3中SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料在 300-800℃的电导率曲线；
图12是本发明实施例3中以SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ为阴极材料的全电池在700℃时的放电曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.5。
本实施例中SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 2.0775g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.2599g和Fe(NO3)3·9H2O 3.1726g，并依次溶于去离子水中，形成均匀的金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：乙二胺四乙酸＝1:1.5:1的比例称量柠檬酸6.0338g，乙二胺四乙酸5.5941g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中95℃下水浴20h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为黑色前驱体粉末；
(e)按照阴极材料化学式的化学计量比，称量Ta2O5 0.1084g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800 ℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，然后置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料粉末。
对本实施例合成的SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料进行X射线衍射测试，结果如图1所示，由图1中结果可知，SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料为纯相的钙钛矿结构，属于立方晶系，Pm3m空间群。
对本实施例合成的SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，结果如图2所示，由图2中结果可知，700℃下，界面极化阻抗值为0.28 Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，结果如图3所示，由图3中结果可知，最大电导率为48.5 S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，具体方法为：以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和 NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，结果如图4所示，由图4结果可知，700℃下，全电池的最大输出功率为460mW·cm-2。
实施例2
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.25。
本实施例中SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 2.0348g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.1698g和Fe(NO3)3·9H2O 3.1075g，并依次溶于去离子水中，形成均匀的金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：EDTA为1:1.5:1的比例称量柠檬酸5.7584g，乙二胺四乙酸5.3388g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中95℃下水浴20h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为前驱体粉末；
(e)按照化学计量比称量Ta2O5 0.2124g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料粉末。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行X射线衍射测试，结果如图5所示，由图5结果可知，SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料为纯相的钙钛矿结构，属于立方晶系，Pm3m空间群。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，结果如图6所示，由图6结果可知，700℃下，界面极化阻抗值为0.19 Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，结果如图7所示，由图7结果可知，最大电导率为34.8S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，具体方法为：以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和NiO- La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，结果如图8所示，由图8结果可知，700℃下，全电池的最大输出功率为607mW·cm-2。
实施例3
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.1。
本实施例中SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 1.9943g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.0832g和Fe(NO3)3·9H2O 3.0456g，并依次溶于去离子水中，形成均匀金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：EDTA为1:1.5:1的比例称量柠檬酸5.4951g，乙二胺四乙酸5.0947g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中95℃下水浴20h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为黑色前驱体粉末；
(e)按照化学计量比称量Ta2O5 0.3123g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极粉末。
对本实施例合成的SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料进行X射线衍射测试，结果如图9所示，由图9结果可知，SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料为纯相的钙钛矿结构，属于立方晶系，空间群。
对本实施例合成的SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，结果如图10所示，由图10结果可知，700℃下，界面极化阻抗值为0.30 Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，结果如图11所示，由图11结果可知，最大电导率为39.5 S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，具体方法为：以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以SrTa0.15Mo0.05Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和NiO- La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，结果如图12所示，由图12中结果可知，700℃下，全电池的最大输出功率为528mW·cm-2。
实施例4
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.25。
本实施例中SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 2.0348g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.1698g和Fe(NO3)3·9H2O 3.1075g，并依次溶于去离子水中，形成均匀的金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：EDTA为1:1.5:1的比例称量柠檬酸5.7584g，乙二胺四乙酸5.3388g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中90℃下水浴15h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为前驱体粉末；
(e)按照化学计量比称量Ta2O5 0.2124g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.05Mo0.15Fe0.8O3-δ阴极材料粉末。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.25Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为37.9S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为568mW·cm-2。
实施例5
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，与实施例2相比，不同之处在于，其制备方法的步骤(c)中加热条件为在100℃恒温水浴15h。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.23Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为36.4S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为582mW·cm-2。
实施例6
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，与实施例2相比，不同之处在于，其制备方法的步骤(e)中低温预煅烧条件为600℃煅烧4h。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.29Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为40.2S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3和NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为516mW·cm-2。
实施例7
本实施例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，与实施例2相比，不同之处在于，其制备方法的步骤(f)中高温煅烧条件为1200℃高温煅烧8h。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.26Ω·cm2。
对本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为38.7S·cm-1。
本实施例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3、NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为549mW·cm-2。
对比例1
本对比例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.25。
本对比例中SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 2.0348g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.1698g和Fe(NO3)3·9H2O 2.7190g，并依次溶于去离子水中，形成均匀的金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：EDTA为1:1.5:1的比例称量柠檬酸5.7584g，乙二胺四乙酸5.3388g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中95℃下水浴20h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为前驱体粉末；
(e)按照化学计量比称量Ta2O5 0.4248g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ阴极材料粉末。
对本对比例合成的SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.40Ω·cm2。
对本对比例合成的SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为60.1S·cm-1。
本对比例合成的SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3、NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为427mW·cm-2。
对比例2
本对比例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ，δ为氧空位的含量，通过碘滴定法测定样品中的氧空位含量值δ＝0.25。
本对比例中SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)按照化学计量比，称量Sr(NO3)2 2.0348g、 (NH4)6Mo7O24·4H2O 0.3396g和Fe(NO3)3·9H2O 2.7190g，并依次溶于去离子水中，形成均匀的金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：EDTA为1:1.5:1的比例称量柠檬酸5.7584g，乙二胺四乙酸5.3388g溶于上述溶液中，加热搅拌至溶液透明；
(c)将上述溶液转移至蒸发皿中，然后在恒温水浴锅中95℃下水浴20h，至溶液变为半透明的凝胶；
(d)将上述凝胶置于电热丝炉上灼烧至变为前驱体粉末；
(e)按照化学计量比称量Ta2O5 0.2124g，加入到上述前驱体粉末中，进行研磨混合，然后转移至马弗炉中，800℃烧结4h；
(f)将上述预烧后的粉末进行研磨，在20MPa压力下，压成片状，置于马弗炉中于1200℃下烧结10h；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ阴极材料粉末。
对本对比例合成的SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.38Ω·cm2。
对本对比例合成的SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为56.2S·cm-1。
本对比例合成的SrTa0.1Mo0.2Fe0.7O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.2Mo0.1Fe0.7O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3、NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为443mW·cm-2。
对比例3
本对比例提供一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，化学式为SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ，与实施例2相比，不同之处在于，其制备方法的步骤(f)中高温煅烧条件为1250℃高温煅烧10h。
对本对比例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料与 La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3电解质界面进行了电化学交流阻抗的测试，700 ℃下，界面极化阻抗值为0.35Ω·cm2。
对本对比例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料进行了电导率的测试，最大电导率为52.5S·cm-1。
本对比例合成的SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ阴极材料在制备中温固体氧化物燃料电池中的应用，以H2为燃料，以空气为氧化剂，对以 SrTa0.1Mo0.1Fe0.8O3-δ、La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3、NiO-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3分别为阴极、电解质和阳极组装成的全电池进行了输出性能测试，700 ℃下，全电池的最大输出功率为451mW·cm-2。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料为钙钛矿结构，化学式为SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ，其中，x为Ta的掺杂量，0<x≤0.15，y为Mo的掺杂量，0<y≤0.15，δ为氧空位的含量，0≤δ≤0.5。
2.权利要求1所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)按照阴极材料化学式的化学计量比，称量Sr(NO3)2、(NH4)6Mo7O24·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O，并依次溶于去离子水中，混合均匀得到金属离子前驱体溶液；
(b)按摩尔比为金属离子：柠檬酸：乙二胺四乙酸＝1:1.5:1，依次加入柠檬酸和乙二胺四乙酸，得到混合溶液；
(c)将上述混合溶液加热得到凝胶；
(d)将上述凝胶在电热丝炉上灼烧，得到黑色前驱体粉末；
(e)按照阴极材料化学式的化学计量比，称量Ta2O5并加入到前驱体粉末中进行研磨混合，然后放入马弗炉中进行低温预煅烧；
(f)将预烧后的粉末进行研磨，压片，然后放入马弗炉中进行高温煅烧；
(g)将高温煅烧后的样品进行研磨，得到SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ阴极材料粉末。
3.根据权利要求2所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中加热条件为在90-100℃恒温水浴15～20h。
4.根据权利要求2所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(e)中低温预煅烧温度为600-800℃。
5.根据权利要求2所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(f)中高温煅烧条件为1200℃高温煅烧8-10h。
6.根据权利要求2所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(f)中压片成型压力为20MPa。
7.权利要求1所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的应用，其特征在于，所述中温固体氧化物燃料电池阴极材料用于制备中温固体氧化物燃料电池。
8.根据权利要求7所述的一种中温固体氧化物燃料电池阴极材料的应用，其特征在于，制备中温固体氧化物燃料电池中的方法为：以SrTaxMoyFe1-x-yO3-δ作为阴极，以La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3作为电解质，以NiO和La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.1O3的混合物作为阳极组成的固体氧化物燃料电池。
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